איך פותרים בעיות חום בזיווד אלקטרוני ? 

תכנון מארז המכיל מספר רכיבים אלקטרוניים ואו כרטיסים ( מעגלים מודפסים PCB) הינו תהליך הדורש הבנה בטכנולוגיות ייצור ,כגון חיתוך וכיפוף פחים SHEET METAL, ביציקת אלומיניום - יציקת שעווה נעלמת  INVESTMENT CASTING , או בהזרקות פלסטיק INJECTION MOULDING.

אבל כאשר בתוך המארז יש אלמנטים פולטי חום אשר צריכים לפזר אותו, התכנון צריך לקחת בחשבון פתרונות להוצאת וסילוק החום מהמארז לסביבה. רוב הפתרונות הנ"ל קיימים כבר שנים רבות ויש פתרונות שהם שילוב מושכל בשיטות ישנות ליצירת פתרון חדשני.

אפשרות ראשונה - להולכת חום של רכיב ע"י הצמדתו לגוף מתכתי (בעל הולכה תרמית טובה)כגון אלומיניום , נחושת ולפעמים גם כסף וזהב. החום מובל דרך גוף החומר התכתי לצד הפונה לסביבה.

אפשרות שניה - האלמנט החם צמוד לגוף מתכתי בעל שטח פנים גדול ועליו צלעות קירור (מפזר חום – HEAT SINK) ואז במידה שכמות החום היוצאת מהרכיב החם מתפזרת בצורה טובה לסביבה (אין עליית טמפרטורה וסיכון  הרכיב) – אז  אנו מסתפקים בקירור בהסעה חופשית. כאשר רואים שעדיין אין מספיק קרור ליחידה (דהיינו הטמפרטורה שלו ממשיכה לעלות) אז צריכים להצמיד מאוורר כדי שידחוף אויר על פני צלעות הקירור, והחום יסולק לסביבה – זה נקרא הסעה מאולצת.

ברוב מארזי האלקטרוניקה קיימים הפתרונות האלה , כולל מחשבי  PC, מחשבים ניידים וכו' אבל גם כאן מיקום המאווררים, מיקום יחידות פיזור החום , דורשים השקעת מחשבה ותכנון מדוקדק כדי שאכן נצליח לקרר את היחידות השונות.

אפשרות שלישית - הרכיבים האלקטרוניים או מעגלים עליהם ישנם רכיבים חמים, צמודים לגופים מתכתיים או פלטות שבתוכם ישנם תעלות אויר שזורם שם אויר מאולץ ( ע"י דחיפתו בעזרת מאווררים) , או קירור מאולץ –(מחברים מערכת של מיזוג אויר המורידה את הטמפרטורה). הפתרון הזה קיים במערכת שאין אנו רוצים לקרר אותה ישירות עם אויר הסביבה וחשוב לבודד את יחידות האלקטרוניות בגלל מיסוך EMI   או  RFI  או דרישה אחרת.  בד"כ במוצר צבאי או ימי משתמשים בפתרון הזה.

אפשרות רביעית – הובלת החום מהנקודה החמה ברכיב או המעגל אל הסביבה הינה לפעמים מאוד בעייתית עקב צפיפות ודרישות לדחוס הרבה רכיבים בנפח מצומצם, ואז אין באפשרותנו לחבר מפזר חום גדול או להוסיף מאוורר, אז ננסה להצמיד מוליך תרמי (כמו פס נחושת) לגוף הרכיב ולתעל אותו עד לנקודת הסביבה הקרובה , אבל גם אם זה לא מספיק - , קיים הפתרון של צינור חום (HEAT PIPE) צינור זה עשוי מאלומיניום או נחושת אטום משני קצותיו ועל דפנותיו הפנימיות ישנה שכבת חומר קפילרית, בחלל הצינור ישנו נוזל מיוחד ( נוזל עבודה)  החודר גם לחללי הקפילרה, כאשר מחממים את הצינור בצידו האחד הוא רותח והופך לאדים ,האדים האלה הנמצאים בלחץ גבוה יותר מגיעים למקום הקר (טמפרטורת הסביבה) ומתעבים, ומשם חוזרים חזרה אל הנוזל דרך השכבה הקפילרית שוב. הצינור פועל ללא חלקים נעים ולמעשה אורך חיים שלו אינסופי( כל זמן שאטימה שלו תקינה).

צנור החום יכול להיות בנוי  בצורות שונות ולהוביל חום במרחקים גדולים ,לצינור חום יש מקדם מעבר חום בכמה סדרי גודל יותר טוב מנחושת .

אפשרות חמישית – כאשר טמפרטורת הרכיב גבוהה ויש חשיבות לקרר אותו בצורה משמעותית כגון : דיודת לייזר – מחברים יחידה הנקראית : יחידה תרמו אלקטרית (THERMO ELECTRIC COOLER), יחידה זו המבוססת על עיקרון פלטייה , הינה מזגן קטן ללא חלקים נעים המבוססת על חצאיי מוליכים  ( PN) . בזמן שמזרימים ליחידה זרם ישר (המתח תלוי בסוג היחידה) נוצר בצד של היחידה אזור קר ובצד השני שלה אזור חם.

יש לסלק את החום מהצד החם ע"י גוף קרור (HEAT SINK) ולפעמים גם ע"י מאוורר ואז הצד הקר הנמצא על האלמנט שאותו צריך לקרר – מושך את החום ממנו - למעשה יש לנו משאבת חום מיניאטורית הפועלת ללא חלקים נעים באמצעות מתח D.C.

ליחידות התרמו אלקטריות מחברים בקר מתח וניתן לבקר את עוצמת הקירור ומשיכת החום בצורה מדויקת תוך שימוש באלמנט משוב – סנסור תרמוקפל.

אפשרות שישית – למעשה שילוב של מודול תרמו אלקטרי וצינור חום נותנים לנו פתרון מצויין בתנאים מסובכים וקשים לפתרון תרמי בדרכים אחרות. היתרון הקיים ביחידה התרמו אלקטרית הינו שניתן לשמור על יציבות טמפרטורה כי המודול התרמו אלקטרי יכול גם לחמם את הרכיב בתנאי סביבה של קפיאה (באזורים ארקטיים) וזאת ע"י שינוי כיוון הזרם במודול TE.

כתב וסיכם : גדי סמל גד הנדסה