Vật liệu nhựa cải thiện khả năng quản lý nhiệt trong các thiết bị điện tử
Linh kiện điện và điện tử

Vật liệu nhựa cải thiện khả năng quản lý nhiệt trong các thiết bị điện tử

Tầm quan trọng của việc quản lý nhiệt trong các thiết bị điện tử

Quản lý nhiệt trong các thiết bị điện tử là một cân nhắc quan trọng có ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất và tuổi thọ của thiết bị. Trong những năm gần đây, xu hướng tăng chức năng thiết bị và thu hẹp diện tích thiết bị đã khiến lượng phát thải nhiệt tăng lên, tạo ra nhu cầu về các kỹ thuật làm mát hiệu quả.

Ngày nay, vấn đề quản lý nhiệt đã trở thành một thách thức kỹ thuật quan trọng đối với nhiều thành phần trong nhiều ứng dụng, bao gồm các trạm gốc cho mạng lưới truyền thông thông tin, hệ thống chuyển đổi năng lượng (PCS) cho máy phát điện mặt trời, bộ biến tần, động cơ, v.v. Đặc biệt, sự phát triển nhanh chóng gần đây trong lĩnh vực trí tuệ nhân tạo (AI) và internet vạn vật (IoT) đã thúc đẩy sự gia tăng của các hệ thống mật độ cao có số lượng lớn các thành phần hoạt động gần nhau—và đặt ra những yêu cầu ngày càng khắt khe hơn đối với các hệ thống quản lý nhiệt.

Những phát triển này đã biến quản lý nhiệt thành một lĩnh vực thiết yếu của công nghệ hiện đại, có tác động trực tiếp đến độ tin cậy của các thiết bị điện tử.

Để quản lý nhiệt trong các thiết bị điện tử, Asahi Kasei khuyên dùng bọt SunForce™: nhựa kỹ thuật chống cháy, chịu nhiệt có khả năng cách nhiệt tuyệt vời và có độ linh hoạt về hình dạng cao.


Bọt nhựa kỹ thuật giúp cải thiện khả năng quản lý nhiệt trong các thiết bị điện tử:
lực lượng mặt trời

SunForce™ là gì?

Các sản phẩm của SunForce™ là hạt xốp được làm từ nhựa PPE biến tính XYRON™ kết hợp các đặc tính vật lý tuyệt vời của nhựa PPE biến tính — bao gồm khả năng chịu nhiệt, ổn định kích thước và hấp thụ nước thấp — với trọng lượng nhẹ và đặc tính tá dược tốt (tính linh hoạt của hình dạng) của bọt hạt. Hơn nữa, sự kết hợp giữa khả năng chống cháy với khả năng chịu nhiệt cho phép bọt SunForce™ đáp ứng tiêu chuẩn nghiêm ngặt về tính dễ cháy UL94 V-0 ngay cả ở dạng vật liệu xốp hạt. Bởi vì các sản phẩm SunForce™ được sản xuất bằng cách tạo bọt trong khuôn nên chúng cũng lý tưởng để sản xuất hàng loạt.

SunForce™ là gì?

Ngoài ra, cấu trúc bong bóng độc lập của bọt SunForce™ làm cho vật liệu này trở thành chất cách nhiệt tuyệt vời.

 

Vật liệu Độ dẫn nhiệt
(W/m・K)
Vật liệu Độ dẫn nhiệt
(W/m・K)
Vật liệu Độ dẫn nhiệt
(W/m・K)
Ống nano cacbon 5500 LCP (Polymer tinh thể lỏng) 0.56 Lực Mặt™ Trời (x5) 0.041
Kim cương 2000 FRP (Nhựa gia cường sợi) 0.26 Sợi xenluloza 0.040
Đồng 370 PPS (Polyphenylene Sulfide) 0.26 Bông khoáng Rockwool 0.038
Nhôm 200 Polycarbonate 0.19 Lực Mặt™ Trời (x7) 0.038
Than chì 120 ABS 0.19 Bông thủy tinh 32K 0.036
Sắt 80 Polyvinyl clorua (PVC) 0.17 Bọt Melamine 0.035
Carbon-đồng 41 Ván ép 0.16 Lực Mặt™ Trời (x10) 0.034
Nhôm oxit 32 Ván dăm 0.15 Bọt polystyrene đùn (Loại 3) 0.028
Thép không gỉ 16 PPE đã sửa đổi 0.15 Bọt urethane cứng (Loại 1 #1) 0.024
Nhựa gia cố sợi carbon 4.7 Polystyren 0.15 Không khí 0.022
Zirconia 3.0 Gỗ bách 0.095 Silica khí gel 0.017
Bê tông 1.6 Gỗ tuyết tùng 0.087 Khí cacbonic 0.015
Thủy tinh 1.0 Nút chai 0.043 Vật liệu cách nhiệt chân không 0.002
Nước 0.58
Cách nhiệt của SunForce™ (so sánh một loạt các vật liệu, giá trị tham chiếu nhiệt độ phòng)

 

Sau đây chúng tôi trình bày hai ứng dụng minh họa khai thác các đặc tính độc đáo của bọt SunForce™ để cải thiện khả năng quản lý nhiệt trong các thiết bị điện tử.

Mẫu đơn 1:
Tấm chắn nhiệt SunForce™ dành cho các thành phần tỏa nhiệt

Ví dụ đầu tiên của chúng tôi sử dụng tấm chắn nhiệt SunForce™ để đạt được khả năng cách nhiệt trong bảng mạch điện tử có các linh kiện tỏa nhiệt cao (chẳng hạn như có thể tìm thấy trong bộ phận PCS trong máy phát điện năng lượng mặt trời).

Khả năng cách nhiệt tuyệt vời, tính linh hoạt về hình dạng, khả năng chống cháy và khả năng chịu nhiệt của bọt SunForce™ khiến chúng trở thành vật liệu lý tưởng cho tấm chắn nhiệt để cách ly vùng phát nhiệt với vùng không phát nhiệt của bảng mạch điện tử.

Thiết kế hệ thống ban đầu (bên trái) và thiết kế hệ thống cải tiến (bên phải) có tấm chắn nhiệt SunForce™ để cách nhiệt cho các thành phần không tỏa nhiệt.
Thiết kế hệ thống ban đầu (bên trái) và thiết kế hệ thống cải tiến (bên phải) có tấm chắn nhiệt SunForce™ để cách nhiệt cho các thành phần không tỏa nhiệt.

Các hình dưới đây cho thấy sự phân bố nhiệt độ bên trong một thiết bị điện tử, được tính toán bằng mô hình mô phỏng phân tích nhiệt, trước và sau khi bổ sung tấm chắn nhiệt SunForce™ cách ly nhiệt để cách ly các thành phần tỏa nhiệt cao khỏi các thành phần không phát nhiệt. Những kết quả này chứng minh cách các giải pháp quản lý nhiệt SunForce™ có thể giảm đáng kể nhiệt độ bên trong thiết bị.

Kết quả mô phỏng phân tích nhiệt trước và sau khi thêm tấm chắn nhiệt SunForce™ (BE, 10×, t = 10 mm)
Kết quả mô phỏng phân tích nhiệt trước và sau khi thêm tấm chắn nhiệt SunForce™ (BE, 10×, t = 10 mm)

Ví dụ này chứng minh cách tấm chắn nhiệt làm từ bọt SunForce™ có thể đơn giản hóa quá trình thu nhỏ các thiết bị điện tử bằng cách giảm nhiệt độ vận hành, ngăn ngừa sự xuống cấp của linh kiện và cho phép linh hoạt hơn trong cách bố trí linh kiện.

Mẫu đơn 2:
Ống dẫn cách nhiệt SunForce™

Ví dụ thứ hai của chúng tôi liên quan đến việc lắp đặt các ống dẫn SunForce™ cách nhiệt trên một bảng mạch điện tử được trang bị các thành phần tỏa nhiệt cao. Điều này bổ sung cho ví dụ về tấm chắn nhiệt được thảo luận ở trên bằng cách trình bày một cách thay thế trong đó các đặc tính độc đáo của bọt SunForce™ có thể được khai thác để cải thiện hiệu suất quản lý nhiệt trong các thiết bị điện tử.

Sự khác biệt về nhiệt độ hoạt động của các linh kiện điện tử tạo ra luồng khí đối lưu bên trong các thiết bị điện tử. Trong một số trường hợp, nhiều yếu tố khác nhau—chẳng hạn như cách bố trí các linh kiện hoặc sự phân bố nhiệt độ bên trong thiết bị—có thể kết hợp lại để cản trở luồng khí qua các vùng thiết bị cụ thể, làm giảm hiệu suất của các cơ chế làm mát và khiến nhiệt độ linh kiện tăng lên.

Các vùng luồng không khí bị cản trở bên trong thiết bị điện tử
Các vùng luồng không khí bị cản trở bên trong thiết bị điện tử

Vấn đề luồng không khí bị cản trở phát sinh trong hệ thống cụ thể được xem xét trong ví dụ này: một đơn vị PCS pin mặt trời được trang bị quạt làm mát bên trong, được mô tả sơ đồ ở bên trái trong hình bên dưới. Để giảm thiểu vấn đề này, chúng tôi đã cải thiện thiết kế bằng cách lắp đặt các ống dẫn SunForce™ cách nhiệt xung quanh đơn vị quạt, như được hiển thị bên phải bên dưới.

Sơ đồ mô tả thiết kế hệ thống ban đầu (bên trái) và thiết kế cải tiến có ống dẫn nhiệt SunForce™ (bên phải)
Sơ đồ mô tả thiết kế hệ thống ban đầu (bên trái) và thiết kế cải tiến có ống dẫn nhiệt SunForce™ (bên phải)

Các sơ đồ luồng khí bên dưới cho thấy luồng khí mô phỏng qua thiết bị điện tử trước và sau khi thêm ống dẫn SunForce™. So sánh các sơ đồ này, chúng ta thấy rằng các ống dẫn tạo ra các đường dẫn mới để luồng khí lưu thông qua thiết bị, đảm bảo luồng khí được kiểm soát trơn tru ở mọi giai đoạn từ nạp đến xả. Sự cải thiện về chất lượng luồng khí đặc biệt đáng kể ở vùng lân cận các thành phần tỏa nhiệt.

Luồng khí mô phỏng bên trong thiết bị PCS trước (trái) và sau (phải) khi bổ sung ống dẫn SunForce™
Luồng khí mô phỏng bên trong thiết bị PCS trước (trái) và sau (phải) khi bổ sung ống dẫn SunForce™

Phân bố nhiệt độ mô phỏng được biểu thị bên dưới: Luồng khí được kiểm soát nhờ sự hiện diện của các ống dẫn giúp giảm đáng kể nhiệt độ của các bộ phận.

Phân bố nhiệt độ mô phỏng bên trong đơn vị PCS trước (trái) và sau (phải) khi bổ sung ống dẫn SunForce™
Phân bố nhiệt độ mô phỏng bên trong đơn vị PCS trước (trái) và sau (phải) khi bổ sung ống dẫn SunForce™

Ví dụ này chứng minh cách ống dẫn cách nhiệt làm từ bọt SunForce™ có thể cải thiện khả năng kiểm soát luồng không khí trong các thiết bị điện tử, do đó làm giảm nhiệt độ linh kiện, ngăn ngừa sự xuống cấp của linh kiện và cho phép bố trí linh kiện linh hoạt hơn.

Để biết thêm thông tin, xin vui lòng liên hệ với chúng tôi.

Để biết thêm thông tin hoặc yêu cầu mẫu, vui lòng liên hệ với chúng tôi bằng biểu mẫu trên trang web này.

Giải pháp khác
"Điện và điện tử"