ما هي مزايا المشتتات الحرارية المصنوعة من الألومنيوم المبثوق؟
أعلم مدى أهمية المشتت الحراري القوي للإلكترونيات أو الآلات. شاهدت ذات مرة جهازًا يسخن بشكل مفرط بسبب سوء التبريد. دفعني ذلك إلى دراسة المشتتات الحرارية المصنوعة من الألومنيوم المبثوق.
تتميز المشتتات الحرارية المصنوعة من الألومنيوم المبثوق بالكفاءة الحرارية والمتانة والفعالية من حيث التكلفة للعديد من الاستخدامات.
سأشرح سبب تفوقها في الأداء الحراري والقوة والوزن والتخصيص.
ما الذي يجعل المشتتات الحرارية المصنوعة من الألومنيوم المبثوق فعالة حرارياً؟
تستخدم المشتتات الحرارية المصنوعة من الألومنيوم المبثوق عملية البثق لإنشاء العديد من الزعانف الرفيعة والأشكال التفصيلية التي تعزز مساحة السطح. يسمح المزيد من مساحة السطح بخروج المزيد من الحرارة عبر الهواء.
كيف تعمل الكفاءة الحرارية
عندما يتم تسخين الألومنيوم، فإنه ينقل الحرارة بسرعة. وتنشر مساحة السطح الكبيرة من الزعانف تلك الحرارة في الهواء. يمكن أن يكون تدفق الهواء هذا من مروحة أو من الحمل الحراري الطبيعي.
تساعد الزعانف الرقيقة والمتباعدة بشكل جيد على تدفق الهواء بشكل أفضل. تقوم طريقة البثق ببناء هذه الزعانف في قطعة واحدة. وهذا يعطي تلامسًا جيدًا ومقاومة منخفضة لتدفق الحرارة.
عوامل التصميم
| ميزة التصميم | التأثير على الأداء |
|---|---|
| سُمك الزعنفة | تزيد الزعانف الرقيقة من مساحة السطح |
| تباعد الزعانف | التباعد المناسب يحسن من تدفق الهواء |
| مساحة المقطع العرضي | قنوات أكبر تسمح بحركة هواء أفضل |
| تشطيب السطح | تغيرات الإشعاع الناتجة عن التصنيع الآلي أو الطلاء بأكسيد الألومنيوم |
طلاء السطح مهم أيضاً. يمكن للطلاء المصقول أو المؤكسد أن يعكس أو يبعث الحرارة بشكل مختلف. يساعد الطلاء المناسب في الحصول على أكبر قدر من التبريد.
الزعانف السميكة تعني كتلة أكبر وتغير أبطأ في درجة الحرارة. الزعانف الرقيقة تعني نقل أسرع للحرارة. العثور على السماكة المناسبة للزعانف هو مفتاح الأداء في العالم الحقيقي.
السياق الواقعي
لقد استبدلت ذات مرة حوضًا بلاستيكيًا هشًا بحوض من الألومنيوم المبثوق. كان انخفاض درجة الحرارة واضحًا. تم نحت الزعانف باستخدام قوالب دقيقة. انتشرت الحرارة بالتساوي في الهواء المحيط. وقام الحمل الحراري بالباقي.
يعمل هذا الأداء الحراري بشكل جيد لإضاءة LED وإمدادات الطاقة وإلكترونيات السيارات وغيرها. تسمح عملية البثق بأشكال معقدة ذات كفاءة عالية.
تتميز المشتتات الحرارية المصنوعة من الألومنيوم المبثوق بمقاومة حرارية أقل بسبب الزعانف الرقيقة المتقاربة والتصميم المتكامل.صحيح
فهي تنقل الحرارة مباشرة من القاعدة من خلال زعانف غير منفصلة، مما يقلل من مقاومة المسار الحراري.
تعمل الزعانف السميكة دائمًا على تحسين تبديد الحرارة أكثر من الزعانف الرقيقة.خطأ
تزيد الزعانف السميكة من الكتلة ولكنها تقلل من مساحة السطح الكلية وكفاءة تدفق الهواء.
كيف يحسن البثق من قوة المشتت الحراري ووزنه؟
يعمل بثق الألومنيوم على تشكيل المواد الخام إلى أجزاء قوية بسماكة مضبوطة. يؤدي ذلك إلى بناء هيكل صلب وخفيف الوزن.
ميزة القوة
تكون مقاطع الألومنيوم المبثوقة متصلة، لذلك لا تحتوي على لحامات أو وصلات. وهذا يضمن قوة متساوية عبر الجزء. وهي تقاوم الانحناء والالتواء تحت الضغط أو التركيب.
يعمل هذا الهيكل الصلب أيضًا تحت الاهتزاز أو الإجهاد الميكانيكي. أتذكر تركيب خافضات الحرارة المبثوقة في الماكينات. لقد تعاملت مع الضغط دون أن تنحني أو تنكسر.
عامل الوزن الخفيف
الألومنيوم أخف وزنًا من النحاس، حيث تبلغ كثافته حوالي 2.7 جم/سم^3 مقابل 8.96 جم/سم^3 من النحاس. وهذا يقلل من وزن الجهاز بشكل كبير.
ونظرًا لأن أشكال البثق دقيقة، فإن هناك حدًا أدنى من النفايات. يمكن للمصنعين إنشاء مقاطع مجوفة أو إضافة قواطع لإزالة الوزن مع الحفاظ على القوة.
الهيكل مقابل الوزن
| الميزة | التأثير على الوزن والقوة |
|---|---|
| قنوات مجوفة | إزالة الكتلة غير الضرورية دون ضعف |
| هيكل داخلي مضلع | يدعم الزعانف والقاعدة بدون جدران ثقيلة |
| الشكل الدقيق | يقلل من استخدام المواد الإضافية |
| تحسين التصميم | توازن بين القوة المطلوبة وخفة الوزن |
مع البثق يمكننا تصميم جدران هيكلية فقط عند الحاجة. تستخدم الزعانف وعلامات التثبيت الحد الأدنى من المواد. تدعم الأضلاع الداخلية الأحمال بينما تكون مجوفة في أماكن أخرى.
عملت مع فريق لتصميم حوض مخصص. صنعنا أضلاعاً داخلية تشبه قرص العسل. أبقى ذلك الوزن منخفضاً مع الحفاظ على قوة الحوامل. كانت فتحات التركيب مدمجة، لذا لم تكن هناك حاجة إلى براغي إضافية. وكانت النتيجة وزن 40% أقل من الحل الميكانيكي.
يخلق البثق أحواض حرارية بدون لحامات، مما يزيد من السلامة الهيكلية.صحيح
يُشكّل الشكل في عملية واحدة مستمرة، مع تجنب الوصلات الضعيفة.
عادةً ما تكون المشتتات الحرارية المصنوعة من الألومنيوم المبثوق أثقل من تلك المصنوعة من الألومنيوم المشغولة آلياً.خطأ
يسمح البثق بتصميمات مجوفة ومضلعة تقلل الوزن مع الحفاظ على القوة.
لماذا تختار الألومنيوم المبثوق بدلاً من النحاس للمشتتات الحرارية؟
يعمل كلا المعدنين بشكل جيد. ولكن للألومنيوم مزايا من حيث التكلفة والوزن والمرونة.
مقارنة التكلفة
يتمتع النحاس بتوصيل أفضل (حوالي 400 وات/م كلفن) من الألومنيوم (حوالي 205 وات/م كلفن). لكن الألومنيوم أرخص بكثير. وهذا يجعل أحواض الألومنيوم ميسورة التكلفة على نطاق واسع.
نظرًا لأن البثق يشكل الألومنيوم مباشرة، فإن تكلفة التصنيع أقل. تحتاج أحواض النحاس إلى التصنيع الآلي أو الربط، مما يضيف عمالة ووقتًا إضافيًا.
مقارنة الوزن
النحاس ثقيل ويمكن أن يضغط على نقاط التثبيت. يقلل الألومنيوم من الوزن مع الاستمرار في إزالة الحرارة بكفاءة.
على سبيل المثال، قد يزن حوض الألومنيوم 1 كجم بينما يزن الحوض النحاسي من نفس الحجم أكثر من 3 كجم. وهذا مهم للمنتجات الإلكترونية أو استخدامات السيارات.
مرونة التصنيع
يتيح البثق التشكيلات الجانبية المخصصة والمشابك المدمجة وميزات التركيب والزعانف الكبيرة. وغالباً ما تستخدم التصميمات النحاسية الربط أو تجميع الأجزاء.
جدول ملخص
| العامل | ألومنيوم (مقذوف) | النحاس |
|---|---|---|
| التوصيل الحراري | ~205 واط/م كلفن | ~حوالي 400 واط/م كهرومغناطيسي |
| السعر | أقل | أعلى |
| الكثافة | 2.7 جم/سم3 | 8.96 جم/سم3 |
| مرونة الشكل | عالية عبر البثق | محدودة، تحتاج إلى النقش |
| تكلفة الإنتاج | منخفض للحجم المتوسط | ارتفاع الأدوات والعمالة |
عملت على مشروع وحدة تحكم إلكترونية للسيارات. وفر استخدام الألومنيوم المبثوق 60% من حيث التكلفة والوزن. كان الأداء الحراري لا يزال كافياً للحمل. كان العميل سعيدًا بالكفاءة والسعر.
دائمًا ما تتفوق المشتتات الحرارية النحاسية على الألومنيوم في الاستخدام الواقعي.خطأ
في حين أن النحاس يوصل الحرارة بشكل أفضل، إلا أن تصميمات الألومنيوم غالباً ما تضاهي الأداء عند تحسينها وتكلفتها أقل.
تكون المشتتات الحرارية المصنوعة من الألومنيوم المبثوق أخف وزنًا بما يصل إلى 601 تيرابايت 3 تيرابايت من الإصدارات النحاسية المماثلة.صحيح
وتبلغ كثافة الألومنيوم ثلث كثافة النحاس، لذا فإن التوفير في الوزن كبير.
ما هي خيارات التخصيص المتاحة للمشتتات الحرارية المبثوقة؟
يتيح البثق العديد من الميزات المخصصة لتتناسب مع احتياجات المنتج.
مرونة تصميم البثق
يمكن للمصنعين تصميم أشكال الزعانف، والمسافات، والقنوات، وعلامات تبويب التثبيت، ورؤوس البراغي في المظهر الجانبي مباشرةً. وهذا يقلل من عملية التجميع.
تشطيب السطح
- الطلاء بأكسيد الألومنيوم يغير اللون، ويقاوم التآكل، ويزيد من الانبعاثية.
- طلاء المسحوق تضيف خيارات الألوان واللمسات النهائية.
- نقل الحبيبات الخشبية والطلاء يسمح بالعلامات التجارية أو الأنماط الزخرفية.
تحمي هذه التشطيبات أيضاً من الأكسدة أو التآكل، ويمكن أن ترفع من انبعاث الحرارة قليلاً.
التصنيع الآلي الثانوي
بعد البثق، تشمل الخيارات ما يلي:
- التفريز باستخدام الحاسب الآلي باستخدام الحاسب الآلي لطائرات التثبيت المسطحة
- ثقب الثقوب للبراغي
- قطع فتحات أو أخاديد لتدفق الهواء أو توجيه الأسلاك
- حفر ثقوب المروحة
تصميم مصمم خصيصاً
يمكنك التعديل:
- ارتفاع الزعانف وسُمكها وكثافتها
- طول الحوض وبصمته
- مشابك مدمجة أو أقواس أو ميزات التثبيت
- مقاطع مجوفة لمسارات الأسلاك أو قنوات التبريد
جدول التخصيص النموذجي
| عنصر مخصص | الغرض |
|---|---|
| ألسنة تثبيت مدمجة | لسهولة التجميع وتحديد المواقع بدقة |
| قنوات مجوفة | توصيل سائل التبريد أو الأسلاك عبر الحوض |
| أقواس المروحة | امسك وحدات المروحة بعدد أقل من البراغي |
| الطلاءات الخاصة | تطابق نظام الألوان ومتانة السطح |
عملت ذات مرة مع عميل إضاءة. أرادوا حوضًا أسود رفيعًا ورفيعًا يخفي الأسلاك أيضًا. قمنا ببثق شكل جانبي رفيع مع قنوات أسلاك داخلية. استخدمنا الطلاء بأكسيد الألومنيوم. تم تثبيت الحوض في مكانه بدون براغي. وبدا المنتج النهائي أنيقًا وأدى أداءً جيدًا.
يسمح البثق بتضمين ميزات التركيب في شكل المشتت الحراري.صحيح
يمكنك تضمين ألسنة لولبية ومشابك وميزات أخرى في قالب البثق.
لا يمكن أن تخضع الأحواض المبثوقة للتشغيل الآلي بعد الإنتاج.خطأ
يمكن تشكيلها آليًا باستخدام الحاسب الآلي لتركيب الأسطح والحفر والاستدقاق وغيرها من الميزات.
الخاتمة
توفر المشتتات الحرارية المصنوعة من الألومنيوم المبثوق كفاءة حرارية ممتازة وقوة وتصميم خفيف الوزن. وهي أقل تكلفة من النحاس وتدعم العديد من خيارات التخصيص. وهي خيار ذكي لاستخدامات B2B في الإلكترونيات أو الإضاءة أو الآلات.
