ما مدى السُمك الذي يجب أن يكون عليه المشتت الحراري لتبديد الحرارة بكفاءة؟

لا يعني المشتت الحراري الضخم والكبير الحجم دائمًا تبريدًا أفضل - لقد رأيت تصميمات مدمجة تعمل بشكل أفضل لمجرد أن السماكة والهندسة كانت صحيحة.

يعتمد السُمك المناسب للمشتت الحراري على دور القاعدة والزعانف: فالقاعدة تنشر الحرارة من المصدر، والزعانف تنقلها إلى الهواء. يحتاج كلاهما إلى التوازن، وليس الحجم الأقصى.

دعونا نلقي نظرة على ما يحدد السُمك المثالي، وسبب أهمية هندسة الزعانف، وكيفية التصميم بكفاءة، والاتجاهات الحديثة التي تشكل مواد المشتت الحراري.

ما الذي يحدد السُمك الأمثل للمشتت الحراري؟

تفشل بعض المشتتات الحرارية حتى لو كانت ضخمة - عادةً لأن قاعدتها رقيقة جدًا أو لأن الزعانف قريبة جدًا. لقد واجهت ذلك عدة مرات عند مساعدة العملاء في إعادة التصميم.

أفضل سماكة توازن بين التوصيل الحراري وكفاءة الزعانف ومقاومة انتشار القاعدة وتدفق الهواء وحدود الحجم. لا يمكنك أن تجعل كل شيء سميكًا وتتوقع أن يعمل.

إليك كيفية معرفة ذلك:

ما الذي يجب مراعاته

القاعدة الرفيعة جداً لا يمكنها نشر الحرارة بشكل جيد. الزعانف الرفيعة جداً قد لا تحمل حرارة كافية. لكن جعل كل شيء أكثر سماكة يزيد من الوزن والتكلفة، ويمكن أن يقلل من تدفق الهواء.

القيم النموذجية

• سُمك القاعدة: غالبًا من 5-10 مم للألومنيوم المبثوق؛ وأكثر من ذلك إذا كان نحاسيًا.
• سُمك الزعنفة: حوالي 0.5-1.5 مم للألومنيوم؛ 0.2-0.6 مم للنحاس.
• التباعد: عادةً > 4 مم في تصميمات الحمل الحراري الطبيعي.
• ارتفاع الزعنفة: يعتمد على تدفق الهواء والتصميم، ولكن عادةً ما يكون 20-50 مم.

الهدف هو السماح للحرارة بالتدفق من المصدر إلى القاعدة، والانتشار بالتساوي، ثم الانتقال إلى الزعانف والخروج إلى الهواء. إذا كان أي جزء من هذه السلسلة لديه مقاومة عالية، فإن الأداء يتأثر.

ما هي فوائد هندسة الزعانف المناسبة؟

لقد رأيت ذات مرة تصميمًا يفشل في الاختبارات الحرارية - ليس لأن المادة كانت خاطئة، ولكن لأن الزعانف كانت قريبة جدًا وأعاقت تدفق الهواء. وأدى تغيير تباعد الزعانف إلى إصلاح ذلك.

تعمل هندسة الزعانف المصممة جيدًا على تحسين التبريد عن طريق زيادة مساحة السطح، مما يسمح بتدفق الهواء بسلاسة، ويجعل كل زعنفة فعالة.

ما أهمية الهندسة

• مساحة السطح: مساحة أكبر = انتقال أفضل للحرارة، طالما يمكن للهواء أن يتحرك.
• تدفق الهواء: يحتاج الهواء إلى مساحة بين الزعانف. التقارب الشديد يعني ضعف التبريد.
• كفاءة الزعانف: قد لا تبقى الزعانف الطويلة والرفيعة ساخنة بما يكفي بالقرب من الأطراف.
• استخدام المواد: تستخدم الهندسة الجيدة معدنًا أقل مقابل الأداء نفسه.
• التوجيه: تساعد الزعانف العمودية في الحمل الحراري الطبيعي؛ أما الزعانف المتقاطعة فتناسب الهواء القسري.

نصائح مفيدة

أستخدمها عند توجيه العملاء. لا يتعلق الأمر بالتخمين، بل باختبار الشكل الذي يتيح تدفق الحرارة والهواء معًا. هذا ما يحقق نتائج حقيقية.

كيف يمكنني تصميم بالوعة حرارية بسماكة مثالية؟

أبدأ دائمًا بالمشكلة التي نعمل على حلها: مقدار الحرارة وسرعتها وأين تذهب. ومن هناك، أعمل بشكل عكسي على الأبعاد والمواد.

تصميم السُمك المثالي يعني فهم حمل الطاقة وحدود المواد وتدفق الهواء وقيود الحجم. إنه توازن خطوة بخطوة، وليس تخميناً.

خطة خطوة بخطوة

1. تحديد الهدف الحراري

   • حمل الطاقة (وات)
   • أقصى ارتفاع مسموح به في درجة الحرارة (درجة مئوية)
   • المقاومة الحرارية المستهدفة (درجة مئوية/ثانية)

2. انتقاء المواد

   • الألومنيوم لأنظمة خفيفة ومنخفضة التكلفة
   • نحاس لأحواض مدمجة وعالية الأداء

3. اختر سُمك القاعدة

   • رقيقة إذا كان مصدر الحرارة عريضاً
   • سميكة إذا كان مصدر الحرارة صغيراً ومركزياً

4. حدد ملف تعريف الزعنفة

   • السُمك: 0.5-1.5 مم (ألومنيوم)، 0.2-0.6 مم (نحاس)
   • الارتفاع: 20-50 مم
   • التباعد: ≥ 4 مم (حمل حراري طبيعي)

5. محاكاة أو حساب

   • استخدم الآلة الحاسبة أو برنامج CFD
   • تحقق من مقاومة القاعدة + أداء الزعنفة

6. الضبط والتكرار

   • ساخنة جداً؟ قاعدة أكثر سماكة أو زعانف أكثر
   • ثقيلة جداً؟ قاعدة أنحف أو زعانف أقصر

مثال على الحالة

ما هي التطورات في المشتتات الحرارية خفيفة الوزن؟

في هذه الأيام، يريد العملاء أنظمة أصغر حجماً وأخف وزناً، خاصةً بالنسبة للمركبات الكهربائية والطائرات بدون طيار والمعدات المحمولة. وهذا يعني أننا بحاجة إلى مواد أفضل وأشكال أكثر ذكاءً.

تستخدم التصاميم الجديدة زعانف أرق ومواد مختلطة وأنابيب حرارية لخفض الوزن مع الاستمرار في تبريد أجهزة الطاقة بأمان.

ما الذي يتغير

1. تقنية الزعانف الرقيقة

   • تتيح لنا الزعانف المقطوعة صنع زعانف ألومنيوم رقيقة حتى 0.3 مم
   • زعانف أكثر، وتدفق هواء أفضل، ومعدن أقل

2. التصاميم الهجينة

   • قاعدة نحاسية + زعانف من الألومنيوم = أداء أفضل مع وزن أقل
   • شائع في الإلكترونيات المتطورة

3. الأنابيب الحرارية وغرف البخار

   • نقل الحرارة بسرعة مع الحد الأدنى من المعدن
   • غالبًا ما تحل محل القواعد السميكة

4. هياكل مطبوعة ثلاثية الأبعاد

   • استخدام الأشكال الشبكية أو قرص العسل
   • قوي، وخفيف، وشكله مخصص

5. طلاء السطح

   • يحسن الطلاء بأكسيد أسود يحسن الإشعاع
   • تقلل الطلاءات النانوية من مقاومة السطح

جدول ملخص

نحن نقدم الآن مقاطع جانبية مخصصة أقل سمكاً وسبائك ألومنيوم أخف وزناً وتشطيبات تعزز الإنتاج الحراري. لم يعد الأمر يتعلق بالشكل فقط، بل بالكفاءة الكلية للنظام.

الخاتمة

اختيار السُمك المناسب للمشتت الحراري يعني مطابقة احتياجاتك الحرارية مع المادة والشكل وتدفق الهواء المناسبين. السماكة الزائدة تهدر المساحة والوزن. والرفيع جداً يخاطر بالسخونة الزائدة. بفضل المواد الجديدة والتصميمات الأكثر ذكاءً، أصبح من الممكن الآن تبريد الإلكترونيات عالية الطاقة بكفاءة أكبر وصغر الحجم أكثر من أي وقت مضى.