ما هي المشتتات الحرارية وكيف تُصنع؟
أعلم أنه من الصعب فهم المشتتات الحرارية وإنتاجها. فأنت تريد دليلاً واضحاً خطوة بخطوة.
المشتت الحراري هو جهاز يزيل الحرارة من الإلكترونيات وينقلها إلى الهواء. وهي تُصنع عن طريق البثق أو التصنيع باستخدام الحاسب الآلي أو الصب بالقالب أو ربط الزعانف بقاعدة.
دعني أوضح لك ما هي وظيفتها، وكيفية صنعها، وكيفية اختيار واحدة منها.
ما هي الوظائف الرئيسية للمشتت الحراري؟
أبدأ بأسباب أهمية المشتتات الحرارية: التحكم في درجة الحرارة وحماية المكونات ودعم الأداء.
تمتص المشتتات الحرارية الحرارة من الإلكترونيات وتطلقها في الهواء، مما يحافظ على برودة المكونات وموثوقيتها.
تعمّق أكثر
تولد الإلكترونيات حرارة أثناء التشغيل. إذا لم تتم إزالتها، يمكن أن تتسبب هذه الحرارة في تلف أو تقليل العمر الافتراضي. المشتتات الحرارية هي موصلات حرارية تنقل الحرارة بعيداً عن الأجزاء الحساسة.
تشمل الوظائف الرئيسية ما يلي:
- امتصاص الحرارة
تلامس اللوحة الأساسية الجهاز وتمتص الحرارة. - انتشار الحرارة
تنقل المادة الحرارة عبر القاعدة إلى الزعانف. - إطلاق الحرارة
تزيد الزعانف من مساحة السطح حتى يتمكن الهواء من تبديد الحرارة. - تعزيز الحمل الحراري
تدفق الهواء فوق الزعانف (طبيعي أو قسري) يزيل الحرارة.
يوازن التصميم الفعال لمبدد الحرارة الفعال بين الأداء الحراري والحجم.
| الوظيفة | الوصف |
|---|---|
| امتصاص الحرارة | ينقل الحرارة من البُرادة أو الجهاز إلى القاعدة |
| انتشار الحرارة | توزع الحرارة بالتساوي عبر قاعدة الزعنفة |
| تبديد الحرارة | تعريض الحرارة عبر الزعانف إلى الهواء المحيط |
| تحسين تدفق الهواء | يحسن التبريد عن طريق تدفق الهواء الطبيعي أو المروحة |
تضيف العديد من التطبيقات مراوح أو أنابيب حرارية أو وسادات واجهة حرارية. في مصابيح LED ووحدات المعالجة المركزية وأجهزة الطاقة ووحدات السيارات، تعتبر المشتتات الحرارية ضرورية للتبريد والموثوقية.
تقوم المشتتات الحرارية بتخزين الحرارة من الإلكترونيات.خطأ
فهي لا تخزن الحرارة، بل تنقلها إلى الهواء.
تزيد الزعانف من المساحة لنقل الحرارة بشكل أفضل.صحيح
تُعرّض الزعانف المزيد من الأسطح للهواء، وبالتالي تتبدد الحرارة بكفاءة أكبر.
ما هي المواد المستخدمة في تصنيع المشتتات الحرارية؟
أقارن بين مواد مثل الألومنيوم والنحاس، وأشرح سبب اختيار السبائك في كثير من الأحيان.
تستخدم معظم المشتتات الحرارية الألومنيوم أو النحاس، ويتم اختيارها من أجل التوصيل الحراري والوزن والتكلفة.
تعمّق أكثر
-
سبائك الألومنيوم (6063-T5، 6061-T6)
التوصيل: 150-205 واط/م كلفن. سهل البثق وخفيف الوزن وفعال من حيث التكلفة. شائعة لاحتياجات التبريد العامة. -
النحاس (C11000، C12200)
التوصيل: ~ 400 واط/م-ك. تبريد ممتاز، أثقل وأكثر تكلفة. تُستخدم عندما يكون الأداء حرجاً. -
الألومنيوم والنحاس الهجين
اجمع بين القاعدة النحاسية وزعانف الألومنيوم لتحقيق التوازن بين التكلفة والأداء. -
معادن أخرى (فولاذ، مغنيسيوم)
نادراً ما تستخدم بسبب انخفاض الموصلية أو ارتفاع التكلفة.
يؤثر اختيار المواد على طريقة الإنتاج والوزن والتكلفة والسلوك الحراري. الألومنيوم هو الأكثر شعبية لأدائه المتوازن.
| المواد | الموصلية (وات/م كلفن) | الوزن | التكلفة | الاستخدام النموذجي |
|---|---|---|---|---|
| ألومنيوم | 150?205 | منخفضة | منخفضة؟ متوسطة؟ | الإلكترونيات، LED، المستهلكين |
| النحاس | ~400 | عالية | عالية | الخوادم، والفضاء، والطاقة |
| هجين الألومنيوم والنحاس | 200-300 | متوسط | متوسط؟ مرتفع؟ | مجالات الأداء الحرجة |
يوصل النحاس ضعف الحرارة التي يوصلها الألومنيوم.خطأ
النحاس يوصل النحاس ما يقرب من 2-3 أضعاف، وليس ضعفين فقط.
يُفضل استخدام الألومنيوم للمبردات بسبب الوزن.صحيح
خفة الوزن والتوصيلية تجعلها مثالية للعديد من التطبيقات.
ما هي طرق التصنيع التي تنتج المشتتات الحرارية؟
لقد حددت الخطوط العريضة للبثق والتصنيع الآلي باستخدام الحاسب الآلي والصب بالقالب والختم والقشط والزعانف المترابطة والأنابيب الحرارية.
تشمل الطرق البثق والتشغيل الآلي والختم والقشط والصب بالقالب والصب بالقالب وربط الزعانف.
تعمّق أكثر
1. البثق
يتم تسخين قضبان الألومنيوم ودفعها من خلال قالب لتشكيل الزعانف. ينتج عن ذلك مقاطع عرضية متناسقة. جيد للمبددات الحرارية البسيطة والطويلة.
2. التصنيع الآلي باستخدام الحاسب الآلي
يتم تصنيع خافضات الحرارة آليًا من قضبان صلبة. توفر أشكالاً وقواطع وتفاصيل زعانف مخصصة. دقيقة ولكنها أكثر تكلفة لكل جزء.
3. الصب بالقالب
يتم حقن المعدن المنصهر في قوالب لتشكيل أشكال معقدة. جيد للأحجام الكبيرة والأشكال المعقدة. قد يحتاج تشطيب السطح إلى تحسين.
4. الختم والتشكيل
صفائح معدنية رقيقة يتم ختمها ونقشها وتشكيلها في أكوام زعانف. منخفضة التكلفة لأحواض بسيطة منخفضة المظهر.
5. التزلج
يتم تقطيع الزعانف مباشرةً من كتلة صلبة وثنيها لأعلى. توفر زعانف دقيقة وأداءً عاليًا، ولكن تآكل الأداة مرتفع.
6. زعانف ملتصقة أو ملحومة
زعانف فردية ملتصقة بلوحة قاعدة. تباعد مخصص للزعانف لملاءمة محكمة للمبدد الحراري. كثيفة العمالة وجيدة للنماذج الأولية.
7. تكامل الأنابيب الحرارية
تقوم الأنابيب المعدنية بتوصيل الحرارة إلى الزعانف البعيدة. تستخدم في وحدات المعالجة المركزية أو مبردات الكمبيوتر المحمول. عادةً ما يتم دمجها مع طرق أخرى.
إليك الجدول
| الطريقة | الإيجابيات | السلبيات | الاستخدام الشائع |
|---|---|---|---|
| البثق | فعالة من حيث التكلفة وقابلة للتطوير | تقتصر على الأشكال البسيطة | زعانف LED، المبردات الصناعية |
| التصنيع الآلي باستخدام الحاسب الآلي | مخصص، مفصل | باهظة الثمن لكل وحدة | أجزاء الاختبار، الفضاء الجوي |
| الصب بالقالب | الأشكال المعقدة، الحجم الكبير | سطح خشن، مسامية | العلب المعقدة، وإمدادات الطاقة |
| التزلج | زعانف رقيقة، عالية الأداء | تآكل الأدوات، حجم محدود | مبردات وحدة المعالجة المركزية، الاتصالات |
| زعانف الربط | التباعد والحجم المخصص | كثيفة العمالة | النماذج الأولية والتجارب |
| الختم/التشكيل | منخفضة المظهر، منخفضة التكلفة | سمك محدود | إلكترونيات منخفضة الطاقة |
تتضافر المواد والطريقة لتحديد السعر والأداء والمظهر.
يمكن أن تحتوي خافضات الحرارة المبثوقة على قواطع.خطأ
ينتج عن البثق مقطع عرضي ثابت؛ وتحتاج القواطع إلى تصنيع آلي ثانوي.
توفر الزعانف المنزوعة الزعانف أداءً عالياً.صحيح
تزيد الزعانف الرقيقة من مساحة السطح وكفاءة النقل الحراري.
كيف تختار تصميم المشتت الحراري المناسب؟
أرشدك خلال اختيار الهندسة والمواد وتدفق الهواء وتوازن التكلفة.
اختر المشتت الحراري بناءً على الحمل الحراري للجهاز، وتدفق الهواء، والهندسة، والمواد، والتكلفة.
تعمّق أكثر
-
تحديد المتطلبات الحرارية
حدد الطاقة (W) ودرجة حرارة الجهاز القصوى ودرجة الحرارة المحيطة. استخدم المقاومة الحرارية (Rth = ΔT / الطاقة) لتحديد حجم الزعانف. -
اختر المواد
ألومنيوم للتبريد الخفيف/الكافي؛ نحاس أو هجين للاحتياجات الحرارية الأعلى. -
اختر هندسة الزعنفة
الحمل الحراري الطبيعي: عدد أقل من الزعانف العريضة. تدفق الهواء القسري: زعانف طويلة وكثيفة. تعمل الزعانف المنزوعة أو ذات الزعانف المسننة للتصميمات المدمجة. -
تحديد طريقة التصنيع
البثق للزعانف المستقيمة، والتحكم الرقمي باستخدام الحاسب الآلي للأشكال المخصصة، والصب بالقالب للحجم. -
ضع في اعتبارك اتجاه تدفق الهواء
قم بمحاذاة الزعانف مع مسار تدفق الهواء. الزعانف العمودية لتدفق الهواء العمودي، والزعانف الدبوسية للتدفق متعدد الاتجاهات. -
الوزن والتركيب
وازن بين الوزن والقوة. قد يكون للتصميمات باستخدام الحاسب الآلي أو الهجينة هيكل خفيف الوزن ولكن متين. -
النموذج الأولي والاختبار
نماذج CFD أو النماذج الأولية للتحقق من صحة الأداء. استخدم الغرف الحرارية للاختبار في ظروف حقيقية. -
التكلفة والحجم
عالية الحجم = الصب بالقالب أو البثق. الأحجام المنخفضة أو المخصصة = زعانف باستخدام الحاسب الآلي أو الزعانف الملصقة.
إليك الملخص:
| العامل | إرشادات إرشادية |
|---|---|
| تبديد الطاقة | Рث ≤ ΔT / الطاقة |
| تدفق الهواء | طبيعي: زعانف متباعدة/عمودية؛ القوة: مصفوفة كثيفة |
| المواد | ألومنيوم للضوء؛ نحاس للأداء |
| التصنيع | البثق/التصنيع باستخدام الحاسب الآلي للنماذج الأولية؛ الصب للحجم الكبير |
| التكلفة مقابل الحجم | اختر الطريقة بناءً على حجم تشغيل الإنتاج |
اختر التصميم الذي يلبي الاحتياجات الحرارية، ويناسب الحجم وتدفق الهواء، ويبقى في حدود الميزانية. يضمن الاختبار عمله على النحو المنشود.
دائمًا ما تكون الزعانف المقشورة أرخص من البثق.خطأ
يتميز القشط بأدوات أعلى وإعدادات أبطأ، لذا فإنه'عادةً ما يكون أكثر تكلفة.
البثق مثالي للزعانف المستقيمة والمشتتات الحرارية طويلة المدى.صحيح
يوفر إنتاجاً قابلاً للتطوير للحصول على ملفات تعريف بسيطة ومتسقة.
الخاتمة
المشتتات الحرارية هي مفتاح تبريد الإلكترونيات، حيث تنقل الحرارة عبر الزعانف وتدفق الهواء. وهي مصنوعة من الألومنيوم أو النحاس باستخدام طرق مثل البثق أو التصنيع باستخدام الحاسب الآلي أو القشط، وتأتي بأشكال عديدة. يعتمد التصميم الصحيح على حمل الطاقة وتدفق الهواء والمواد والحجم والتكلفة. تؤدي الحسابات والاختبارات الدقيقة إلى حلول حرارية موثوقة.
إذا كنت بحاجة إلى مساعدة في تحديد المواصفات الحرارية، أو اختيار المواد، أو تقييم طرق التصنيع، يمكنني إرشادك من مرحلة المفهوم إلى مرحلة الإنتاج.
