Thuộc cụm ứng dụng gia công theo ngành, bài này trình bày đặc thù vật liệu và thiết kế khi gia công vỏ/khung cho thiết bị điện tử (bo mạch công nghiệp, bộ nguồn, thiết bị đo lường, tủ điều khiển).
Vật liệu chủ đạo: hợp kim nhôm
Nhôm 6061 là vật liệu phổ biến nhất cho vỏ/khung thiết bị điện tử nhờ tỷ lệ độ bền/khối lượng tốt, dễ gia công CNC, và khả năng dẫn nhiệt cao (hỗ trợ tản nhiệt thụ động cho linh kiện điện tử bên trong). Nhôm 7075 (độ bền cao hơn 6061 nhưng khó gia công hơn, chi phí cao hơn) dùng cho ứng dụng cần độ cứng vững cao hơn, ví dụ khung chịu rung động mạnh trong môi trường công nghiệp. Với vỏ ngoài không yêu cầu tản nhiệt/độ bền cao, thép tấm hoặc inox mỏng cũng là lựa chọn phổ biến, đặc biệt khi cần chống nhiễu điện từ tốt hơn nhôm ở một số dải tần.
Cánh tản nhiệt phay CNC liền khối
Với thiết bị công suất trung bình-cao cần tản nhiệt thụ động, phương án phổ biến là phay CNC trực tiếp cánh tản nhiệt (fin) liền khối với vỏ, thay vì gắn tản nhiệt rời — giảm số mối ghép (mỗi mối ghép là một điểm trở nhiệt tiếp xúc, làm giảm hiệu quả truyền nhiệt), đồng thời tăng độ cứng vững cơ khí tổng thể của vỏ. Nhược điểm là thời gian gia công CNC cho các rãnh cánh tản nhiệt hẹp/sâu khá dài — cần cân đối giữa hiệu quả tản nhiệt và chi phí gia công khi thiết kế mật độ/chiều sâu cánh tản nhiệt.
Dung sai lắp ghép linh kiện điện tử
Vỏ khung điện tử thường cần dung sai chặt tại các vị trí lắp đầu nối (connector), khe cắm thẻ, hoặc bề mặt tiếp xúc EMI gasket (đệm chống nhiễu điện từ) — sai lệch nhỏ tại các vị trí này có thể gây lỏng kết nối hoặc khe hở rò rỉ nhiễu điện từ. Các bề mặt lắp ráp thuần túy cơ khí (vít, gân tăng cứng) có thể dùng dung sai chung ISO 2768-1 mức trung bình mà không ảnh hưởng chức năng.
Xử lý bề mặt: anod hóa cho tản nhiệt và cách điện
Vỏ nhôm thường được anod hóa sau gia công — vừa tăng khả năng chống ăn mòn/mài mòn bề mặt, vừa tạo lớp oxit cách điện hữu ích khi cần cách ly các phần vỏ khỏi mạch điện bên trong. Cần lưu ý lớp anod hóa (là lớp oxit cách điện) có thể làm giảm nhẹ hiệu quả tản nhiệt bức xạ so với bề mặt nhôm trần tại các vùng cánh tản nhiệt quan trọng — cân nhắc để trần bề mặt tại các vùng tản nhiệt chính nếu hiệu quả nhiệt là ưu tiên hàng đầu.
Thuật ngữ
- Trở nhiệt tiếp xúc (thermal contact resistance): điện trở nhiệt phát sinh tại bề mặt tiếp xúc giữa hai chi tiết rời, làm giảm hiệu quả truyền nhiệt so với khối liền.
- EMI gasket: đệm chống nhiễu điện từ, lắp tại khe hở vỏ thiết bị để ngăn nhiễu điện từ lọt vào/ra.
Tài liệu tham khảo
Bài này tổng hợp thực hành thiết kế cơ khí điện tử phổ biến, kết hợp dữ liệu vật liệu đã dẫn nguồn ở bài xử lý bề mặt kim loại và anod hóa nhôm.