Co jsou to chladiče a jak se vyrábějí?

Vím, že je náročné porozumět chladičům a jejich výrobě. Chcete mít jasného průvodce krok za krokem.

Chladič je zařízení, které odvádí teplo z elektroniky a předává ho do vzduchu. Vyrábějí se vytlačováním, CNC obráběním, tlakovým litím nebo lepením žeber na základnu.

Ukážu vám, k čemu slouží, jak se vyrábějí a jak si je vybrat.

Jaké jsou hlavní funkce chladiče?

Začnu tím, proč jsou chladiče důležité: regulují teplotu, chrání komponenty a podporují výkon.

Chladiče absorbují teplo z elektroniky a uvolňují ho do vzduchu, čímž udržují komponenty chladné a spolehlivé.

Ponořte se hlouběji

Elektronika při provozu vytváří teplo. Pokud se toto teplo neodvádí, může způsobit poškození nebo zkrátit životnost. Chladiče jsou tepelné vodiče, které odvádějí teplo od citlivých částí.

Mezi klíčové funkce patří:

1. Absorpce tepla
   Základní deska se dotýká zařízení a absorbuje teplo.
2. Šíření tepla
   Materiál přenáší teplo přes základnu k žebrům.
3. Uvolňování tepla
   Ploutve zvětšují povrch, aby vzduch mohl odvádět teplo.
4. Zlepšení konvekce
   Proudění vzduchu přes žebra (přirozené nebo nucené) odvádí teplo.

Efektivní konstrukce chladiče vyvažuje tepelný výkon a velikost.

V mnoha aplikacích se přidávají ventilátory, tepelné trubice nebo podložky tepelného rozhraní. V LED světlech, procesorech, napájecích zařízeních a automobilových modulech jsou chladiče rozhodující pro chlazení a spolehlivost.

Z jakých materiálů se vyrábějí chladiče?

Porovnávám materiály, jako je hliník a měď, a vysvětluji, proč se často volí slitiny.

Většina chladičů používá hliník nebo měď, které jsou zvoleny s ohledem na tepelnou vodivost, hmotnost a cenu.

Ponořte se hlouběji

• Slitiny hliníku (6063-T5, 6061-T6)
  Vodivost: 150-205 W/m-K. Snadno se vytlačuje, je lehký a cenově výhodný. Běžné pro všeobecné potřeby chlazení.

• Měď (C11000, C12200)
  Vodivost: ~400 W/m-K. Vynikající chlazení, těžší a dražší. Používá se tam, kde je výkon kritický.

• Hybridy hliníku a mědi
  Kombinujte měděnou základnu s hliníkovými žebry, abyste vyvážili náklady a výkon.

• Ostatní kovy (ocel, hořčík)
  Používá se zřídka kvůli nižší vodivosti nebo vysoké ceně.

Volba materiálu ovlivňuje způsob výroby, hmotnost, náklady a tepelné chování. Hliník je nejoblíbenější pro své vyvážené vlastnosti.

Jakými výrobními metodami se vyrábějí chladiče?

Obkresluji vytlačování, CNC obrábění, tlakové lití, lisování, smýkání, lepené lamely a tepelné trubky.

Mezi metody patří vytlačování, obrábění, lisování, smykování, tlakové lití a lepení žeber.

Ponořte se hlouběji

1. Vytlačování

Hliníkové polotovary se zahřívají a protlačují zápustkou, aby se vytvořily lamely. Tím se získají konzistentní průřezy. Vhodné pro jednoduché, dlouhé chladiče.

2. CNC obrábění

Chladiče jsou obráběny z plných polotovarů. Poskytuje vlastní tvary, výřezy a detaily žeber. Přesnost, ale vyšší náklady na jeden díl.

3. Tlakové lití

Roztavený kov se vstřikuje do forem a vytváří složité tvary. Vhodné pro velkoobjemové a složité formy. Povrchová úprava může vyžadovat zlepšení.

4. Lisování a tváření

Tenké kovové plechy jsou lisovány, raženy a tvarovány do komínů žeber. Nízké náklady pro jednoduché nízkoprofilové dřezy.

5. Skiving

Ploutve se krájejí přímo z pevného bloku a ohýbají se směrem nahoru. Nabízí jemné lamely a vysoký výkon, ale dochází k vysokému opotřebení nástrojů.

6. Lepené nebo pájené lamely

Jednotlivá žebra jsou přilepena k základní desce. Vlastní rozteč žeber pro těsné uchycení chladiče. Pracně náročné a vhodné pro prototypy.

7. Integrace tepelného potrubí

Kovové trubky odvádějí teplo do vzdálených žeber. Používají se v chladičích procesorů nebo notebooků. Běžně se kombinují s jinými metodami.

Zde je tabulka:

Kombinací materiálů a způsobu výroby se určuje cena, výkon a vzhled.

Jak vybrat správnou konstrukci chladiče?

Provedu vás výběrem geometrie, materiálu, proudění vzduchu a vyvážením nákladů.

Chladič vybírejte podle tepelného zatížení zařízení, proudění vzduchu, geometrie, materiálu a ceny.

Ponořte se hlouběji

1. Stanovení tepelných požadavků
   Určete výkon (W), maximální teplotu zařízení a teplotu okolí. K určení velikosti žeber použijte tepelný odpor (Rth = ΔT / výkon).

2. Výběr materiálu
   Hliník pro lehké/dostatečné chlazení; měď nebo hybridy pro vyšší tepelné potřeby.

3. Výběr geometrie žeber
   Přirozená konvekce: méně širokých žeber. Nucené proudění vzduchu: vysoká, hustá žebra. Pro kompaktní konstrukce se hodí zkosená nebo kolíčková žebra.

4. Zvolte výrobní metodu
   Vytlačování pro rovná žebra, CNC pro zakázkové tvary, tlakové lití pro objemové výrobky.

5. Zvažte směr proudění vzduchu
   Zarovnejte žebra s dráhou proudění vzduchu. Svislá žebra pro svislé proudění vzduchu, kolíčková žebra pro proudění ve více směrech.

6. Hmotnost a montáž
   Vyvážení hmotnosti a síly. CNC nebo hybridní konstrukce mohou mít lehkou, ale tuhou konstrukci.

7. Prototyp a testování
   Modely CFD nebo prototypy ověřují výkon. Použijte tepelné komory pro testování v reálných podmínkách.

8. Náklady a objem
   Velkoobjemové = tlakové lití nebo vytlačování. Malosériové nebo zakázkové = CNC nebo lepené lamely.

Zde je shrnutí:

Vyberte si design, který splňuje tepelné potřeby, vyhovuje velikosti a průtoku vzduchu a je v rámci rozpočtu. Testování zajistí, že bude fungovat, jak má.

Závěr

Chladiče jsou klíčem k chlazení elektroniky, přenášejí teplo pomocí žeber a proudění vzduchu. Vyrábějí se z hliníku nebo mědi metodami, jako je vytlačování, CNC nebo řezání, a mají mnoho tvarů. Správný design závisí na výkonovém zatížení, proudění vzduchu, materiálu, velikosti a ceně. Pečlivý výpočet a testování vedou ke spolehlivým tepelným řešením.

Pokud potřebujete pomoci s definováním tepelných specifikací, výběrem materiálů nebo vyhodnocením výrobních metod, mohu vás provést od konceptu až po výrobu.