Was Einkäufer über Thermisches Wärmemanagement wissen sollten
Das Wärmemanagement ist der unbesungene Held der Elektronik, es hält die Geräte kühl und sorgt für einwandfreie Funktion. Für Einkaufsprofis kann es hilfreich sein, verschiedene Arten von Wärmeprodukten zu identifizieren, ihre Funktionsweise zu verstehen und Überlegungen zu Vorlaufzeiten zu erkennen, um die beste Lösung zu finden.
Eine thermische Lösung zu entwerfen, ist in der Regel nicht etwas, was Einkaufsexperten allein tun können. Ingenieure sollten einbezogen werden, da dies einen anderen Ansatz erfordert als die Beschaffung von elektronischen Standardkomponenten.
Eine Möglichkeit, verschiedene Arten von thermischen Produkten zu unterteilen, ist die aktive und passive Kühlung. Bei der aktiven Kühlung wird Strom zur Kühlung verwendet, wie bei einem Lüfter (AC or DC) oder einem Peltier-Gerät. Zu den Kühltechnologien, die keinen Strom benötigen, gehören Fett, Kitt oder Wärmeleitpads.
Abbildung 1: Der axiale 5-VDC-Lüfter F310R-05LLC von Copal kann zur aktiven Kühlung verwendet werden. (Bildquelle: Nidec Copal Electronics)
Weltraum
Die wichtigste Überlegung ist, wie viel Platz zur Verfügung steht. Beispielsweise haben Computer mit großen Gehäusen viel Platz für einen Lüfter.
Angesichts von Anwendungen wie Wearables oder Mobiltelefonen ist der Platz ein kritischer Gesichtspunkt. Große thermische Lösungen werden nicht funktionieren. Stattdessen müssen Wärmeleitpads, Gele oder Fette verwendet werden. Dies sind die Arten von Lösungen, die zur Milderung von Platzproblemen eingesetzt werden können. Es ist auch wichtig, die Arten von Komponenten und Modulen zu beachten, die Wärme erzeugen, wie z.B. drahtlose Hoch-Frequenz-Module und Stromversorgungen.
Wärmeableitung
Die von einem Bauteil erzeugte Wärme muß außerhalb der Anwendung abgeführt werden. Es reicht nicht aus, die Wärme zu absorbieren, sie muß an etwas Anderes übertragen werden, entweder in einen anderen Bereich oder in die Luft.
Beim Wärmemanagement geht es darum, der Komponente Wärme zu entziehen und sie an anderen Stellen abzuführen. Wenn die Wärme von der Komponente absorbiert und nicht abgeführt wird, wird sie im besten Fall die Leistung verlangsamen und im schlimmsten Fall das Bauteil zerstören.
Bei Anwendungen, bei denen Platz vorhanden ist, können Kühlkörper eingesetzt werden. Eine Wärmesenke ist eine Metall- oder Keramiksenke, die auf das Bauteil aufgesetzt wird. Kühlkörper haben Rippen oder Rippen, die Wärme vom Bauteil an die Luft übertragen. Der Kühlkörper muss fest an der Komponente montiert werden. Die Oberfläche der Komponente kann glatt erscheinen, ist es aber in Wirklichkeit nicht. Die Oberfläche zwischen dem Kühlkörper und der Komponente muss mit einem Zwischenmaterial wie einem flexiblen Kissen, Gel oder Fett gefüllt werden. Einige Kühlkörper werden mit einem in die Basis integrierten Zwischenkissen geliefert.
Abbildung 2: Chemtronics heat sink grease wird verwendet, um die Lücke zwischen dem zu kühlenden Bauteil und einem Kühlkörper für eine verbesserte Wärmeübertragung zu füllen. (Bildquelle: Chemtronics)
Zeitplan
Genauso wichtig wie die Lösung, die gewählt wird, ist, wann diese Wahl getroffen wird. Die zwei wichtigsten technischen Parameter für ein Wärmekissen, das eine beliebte Lösung ist, ist, wie viel Wärme sie abführen können und wie schnell sie dies tun können. Das ist etwas, das vor oder während des Designprozesses berechnet werden muß. Danach sollte es in der tatsächlichen Anwendung getestet werden, und hier müssen dann Ingenieure miteinbezogen werden.
Der nächste wichtige Parameter, den es zu berücksichtigen gilt, ist, wie flexibel das Pad sein muß. An diesem Punkt ist es auch wichtig, zu überlegen, ob die Anwendung ein Pad oder ein Gel verwenden sollte. Ein Gel kann entweder ein Fett oder eine Spachtelmasse sein. Ein Problem bei Fett ist, daß die Wartung problematisch, schmutzig und unordentlich werden kann, wenn eine gefettete Komponente überarbeitet oder repariert werden muß. Außerdem ist Fett auf lange Sicht nicht sehr zuverlässig, da es manchmal seine Form verlieren kann und sich nicht gleichmäßig über die Oberfläche des Bauteils verteilt. Auf der anderen Seite ist Fett viel billiger als andere Lösungen.
Ein Kissen ist in den meisten Fällen besser, aber es sollte so zugeschnitten werden, daß es sich der Form des Bauteils anpaßt. Da es sich bei der Verwendung einer Polsterlösung um eine Sonderanfertigung handelt, kann sie auch teurer werden. Einkaufsfachleute sollten all diese Variablen berücksichtigen, zuzüglich der Qualität und der zusätzlichen Zeit, die der Hersteller für das Zuschneiden der Kissen benötigt.
Für die Vorlaufzeiten geben die meisten Hersteller eine Standardzeitspanne von etwa fünf bis sechs Wochen an, plus vielleicht ein bis zwei zusätzliche Wochen für das Vorschneiden. Einige Hersteller können bis zu 12 Wochen veranschlagen, weil das verwendete Material eine Kombination aus vielen Rohmaterialien ist und daher von anderen Herstellern abhängig ist. Daher können externe Probleme die Lieferzeiten verzögern.
Zum Beispiel hat das Erdbeben in Japan, das vor einigen Jahren stattfand, viele der Leimfabriken ruiniert. Leim ist eine Schlüsselkomponente von Blöcken, sodaß sich die Vorlaufzeiten auf 16 Wochen oder weiter verlängerten. Bei CoViD-19 wurden einige Fabriken geschlossen. Aufgrund seiner guten Lagerbestände blieb die Vorlaufzeit bei Digi-Key jedoch unberührt, und der Einfluß der Corona-Pandemie war minimal. Letztendlich hängt es von der Anwendung ab und davon, wie die Dinge im Preiswettbewerb stehen.
Rückverfolgbarkeit
Für das Wärmemanagement ist auch die Rückverfolgbarkeit der Komponenten ein wichtiger Gesichtspunkt. Digi-Key kauft nur direkt vom Hersteller, um die Authentizität zu gewährleisten. Dies hilft den Käufern auch dabei, potenzielle Kunden schnell zu isolieren.
Ein weiterer Grund, warum die Rückverfolgbarkeit beim Wärmemanagement wichtig ist, ist die Haltbarkeit. Bei speziellen Wärmeleitpads, Fetten oder Kitten ist es wichtig, daß der Händler auf die Haltbarkeit achtet. Verschiedene Kissen, Hersteller und Chemikalien haben auch alle ganz unterschiedliche Haltbarkeitszeiten: manchmal kann sie ein Jahr betragen, manchmal fünf Jahre und bei anderen kann sie unbegrenzt sein. Unabhängig davon muß die Haltbarkeit von den Beschaffungsexperten während des Kaufprozesses berücksichtigt werden.
Auch wenn die Beschaffung von Wärmemanagement-Lösungen komplexer sein kann als die typischer elektronischer Komponenten, so kann sie doch eine wirklich lohnende Erfahrung sein, die neue Wege für die Zusammenarbeit zwischen den Entwicklungsingenieuren und Einkaufsteams eröffnet. Digi-Key bietet Tausende verschiedener Wärmemanagement-Teile ab Lager für den sofortigen Versand von mehr als 65 Qualitäts- und Markenherstellern an. Wie immer stehen Digi-Key und sein hauseigenes Team von Ingenieuren rund um die Uhr zur Verfügung, um den Einkäufern, die Entscheidungen über Wärmemanagement-Lösungen treffen, direkte Kundenunterstützung zu geben: Hilfe und Unterstützung, eu.support@digikey.com, Applications.Engineering@digikey.com, TechForum or 
https://sales.liveperson.net/hc/50183814/?cmd=file&file=visitorWantsToChat&site=50183814&SESSIONVAR!skill=z-service_availability_en&VISITORVAR!domain=www.digikey.com&WT.z_header=link&WT.z_header=link.