Vật liệu tản nhiệt cho máy siêu âm cầm tay
Máy siêu âm cầm tay ngày càng nhỏ gọn nhưng mật độ linh kiện điện tử bên trong lại tăng. Tấm dẫn nhiệt mỏng giúp truyền nhiệt từ mạch phát và bộ xử lý ra vỏ máy, giữ đầu dò siêu âm luôn mát và an toàn khi tiếp xúc trực tiếp với da bệnh nhân.
Các tiêu chuẩn an toàn thiết bị y tế giới hạn nghiêm ngặt nhiệt độ bề mặt phần tiếp xúc cơ thể, vì vậy quản lý nhiệt là một trong những thách thức lớn nhất khi thiết kế máy siêu âm di động.
Nhiệt sinh ra ở đâu trong máy siêu âm
Nhiệt chủ yếu đến từ mạch phát xung cao áp kích thích các phần tử áp điện, bộ khuếch đại thu tín hiệu và chip xử lý ảnh. Trong đầu dò, bản thân phần tử áp điện cũng tỏa nhiệt khi hoạt động liên tục. Tiêu chuẩn IEC 60601-2-37 giới hạn nhiệt độ bề mặt đầu dò tiếp xúc da ở mức khoảng 43°C, đòi hỏi đường dẫn nhiệt hiệu quả từ linh kiện ra khung và vỏ.
Yêu cầu đối với vật liệu tản nhiệt
- Mỏng và mềm để vừa với không gian chật hẹp trong đầu dò và thân máy.
- Lực nén thấp, không gây ứng suất lên linh kiện và mối hàn bước nhỏ.
- Cách điện tốt vì mạch phát làm việc ở điện áp tới hàng trăm volt.
- Ít thoát khí, không ảnh hưởng đến lớp ghép âm và thấu kính.
| Vị trí | Vật liệu đề xuất | Độ dày | Hệ số dẫn nhiệt |
|---|---|---|---|
| Chip xử lý ảnh | Gap pad siêu mềm | 0,5–1,0 mm | 3–5 W/m·K |
| Mạch phát cao áp | Tấm silicone cách điện | 0,2–0,3 mm | 1,5–3 W/m·K |
| Lưng phần tử áp điện | Keo dẫn nhiệt đóng rắn | 0,1–0,3 mm | 1–2 W/m·K |
| Lan tỏa nhiệt lên vỏ | Tấm graphite | 25–70 µm | Trên 1.000 W/m·K theo mặt phẳng |
Kết hợp graphite để lan tỏa nhiệt
Tấm graphite tổng hợp có hệ số dẫn nhiệt theo mặt phẳng rất cao, giúp phân tán nhiệt từ điểm nóng ra toàn bộ diện tích vỏ máy, tránh vùng nóng cục bộ ở tay cầm. Graphite thường được ghép với màng PET cách điện và keo dán mỏng để dễ lắp ráp.
Thử nghiệm xác nhận thiết kế
Nên đo nhiệt độ bề mặt đầu dò ở chế độ quét công suất cao nhất trong thời gian dài, cả trong không khí và khi tiếp xúc mô giả, để đảm bảo biên an toàn.
Mô phỏng nhiệt từ sớm giúp xác định vị trí đặt tấm dẫn nhiệt tối ưu, hạn chế số vòng làm mẫu và rút ngắn thời gian đưa sản phẩm ra thị trường.
AMS cung cấp gap pad Bergquist, tấm graphite và keo dẫn nhiệt cho thiết bị y tế, kèm dịch vụ cắt theo bản vẽ. Liên hệ AMS Việt Nam để được tư vấn giải pháp nhiệt cho máy siêu âm.
