Mitä ovat jäähdytyselementit ja miten ne valmistetaan?

Tiedän, että jäähdytyslevyjen ja niiden valmistuksen ymmärtäminen on haastavaa. Haluat selkeän, askel askeleelta etenevän oppaan.

Jäähdytyselementti on laite, joka poistaa lämpöä elektroniikasta ja siirtää sen ilmaan. Ne valmistetaan suulakepuristamalla, CNC-työstämällä, painevalamalla tai liimaamalla lamelleja alustaan.

Näytän sinulle, mitä ne tekevät, miten ne valmistetaan ja miten valita sellainen.

Mitkä ovat jäähdytyselementin tärkeimmät tehtävät?

Aloitan siitä, miksi jäähdytyslevyillä on väliä: ne säätelevät lämpötilaa, suojaavat komponentteja ja tukevat suorituskykyä.

Lämpönielut imevät lämpöä elektroniikasta ja luovuttavat sen ilmaan, jolloin komponentit pysyvät viileinä ja luotettavina.

Sukella syvemmälle

Elektroniikka tuottaa lämpöä käytön aikana. Jos lämpöä ei poisteta, se voi aiheuttaa vaurioita tai lyhentää käyttöikää. Lämmönsiirtimet ovat lämmönjohtimia, jotka siirtävät lämmön pois herkistä osista.

Keskeisiä toimintoja ovat:

1. Lämmön imeytyminen
   Pohjalevy koskettaa laitetta ja imee lämpöä.
2. Lämmön leviäminen
   Materiaali siirtää lämpöä pohjan poikki lamelleihin.
3. Lämmön vapautuminen
   Evät lisäävät pinta-alaa, jotta ilma voi haihduttaa lämpöä.
4. Konvektion tehostaminen
   Ilmavirta lamellien yli (luonnollinen tai pakotettu) poistaa lämpöä.

Tehokas jäähdytyselementin suunnittelu tasapainottaa lämpötehoa ja kokoa.

Monissa sovelluksissa lisätään tuulettimia, lämpöputkia tai lämpöliitäntätyynyjä. LED-valaisimissa, suorittimissa, teholaitteissa ja autojen moduuleissa jäähdytyslevyt ovat ratkaisevia jäähdytyksen ja luotettavuuden kannalta.

Mitä materiaaleja käytetään jäähdytyslevyjen valmistukseen?

Vertailen materiaaleja, kuten alumiinia ja kuparia, ja selitän, miksi seokset usein valitaan.

Useimmissa jäähdytyslevyissä käytetään alumiinia tai kuparia, jotka on valittu lämmönjohtavuuden, painon ja kustannusten perusteella.

Sukella syvemmälle

• Alumiiniseokset (6063-T5, 6061-T6)
  Johtavuus: 150-205W/m-K. Helppo suulakepuristettava, kevyt, kustannustehokas. Yleinen yleisiin jäähdytystarpeisiin.

• Kupari (C11000, C12200)
  Johtavuus: ~400W/m-K. Erinomainen jäähdytys, raskaampi ja kalliimpi. Käytetään, kun suorituskyky on kriittinen.

• Alumiini-kupari-hybridit
  Yhdistä kuparipohja ja alumiiniset lamellit kustannusten ja suorituskyvyn tasapainottamiseksi.

• muut metallit (teräs, magnesium)
  Käytetään harvoin alhaisemman johtavuuden tai korkeiden kustannusten vuoksi.

Materiaalin valinta vaikuttaa tuotantomenetelmään, painoon, kustannuksiin ja lämpökäyttäytymiseen. Alumiini on suosituin sen tasapainoisen suorituskyvyn vuoksi.

Millä valmistusmenetelmillä valmistetaan jäähdytyslevyjä?

Hahmotan suulakepuristusta, CNC-työstöä, painevalua, leimausta, skivingia, liimattuja lamelleja ja lämpöputkia.

Menetelmiin kuuluvat puristaminen, koneistus, leimaaminen, skiving, painevalu ja lamellien liimaaminen.

Sukella syvemmälle

1. Puristaminen

Alumiiniaihiot kuumennetaan ja työnnetään muotin läpi lamellien muodostamiseksi. Näin saadaan tasaisia poikkileikkauksia. Hyvä yksinkertaisille, pitkille jäähdytyslevyille.

2. CNC-työstö

Jäähdytyslevyt työstetään massiivisista aihioista. Tarjolla on mukautettuja muotoja, leikkauksia ja lamellien yksityiskohtia. Tarkkuus, mutta kalliimpi kappaletta kohti.

3. Muottiinvalu

Sulaa metallia ruiskutetaan muotteihin monimutkaisten muotojen muodostamiseksi. Sopii hyvin suuriin määriin ja monimutkaisiin muotoihin. Pintakäsittely saattaa tarvita parannusta.

4. Leimaaminen ja muotoilu

Ohuet metallilevyt leimataan, kohokuvioidaan ja muotoillaan lamellipinoiksi. Edullinen yksinkertaisille matalaprofiilisille nieluille.

5. Skiving

Evät leikataan suoraan kiinteästä kappaleesta ja taivutetaan ylöspäin. Tarjoaa hienot evät ja korkean suorituskyvyn, mutta työkalujen kuluminen on suurta.

6. Liimatut tai juotetut lamellit

Yksittäiset lamellit on liimattu pohjalevyyn. Mukautettu lamellien väli tiukkoja jäähdytyslevyjä varten. Työläs ja hyvä prototyypeille.

7. Lämpöputkien integrointi

Metalliputket johtavat lämpöä etäripoihin. Käytetään suorittimissa tai kannettavien tietokoneiden jäähdyttimissä. Yhdistetään usein muihin menetelmiin.

Tässä on taulukko:

Materiaalit ja menetelmä määrittelevät yhdessä hinnan, suorituskyvyn ja ulkonäön.

Miten valitset oikean jäähdytyselementtirakenteen?

Opastan sinua geometrian, materiaalin, ilmavirran ja kustannustasapainon valinnassa.

Valitse jäähdytyselementti laitteen lämpökuorman, ilmavirran, geometrian, materiaalin ja kustannusten perusteella.

Sukella syvemmälle

1. Määritä lämpövaatimukset
   Tunnista teho (W), laitteen maksimilämpötila ja ympäristön lämpötila. Käytä lämpöresistanssia (Rth = ΔT / teho) lamellien mitoittamiseen.

2. Valitse materiaali
   Alumiini kevyeen/riittävästi jäähdytykseen; kupari tai hybridi korkeampiin lämpötarpeisiin.

3. Valitse evägeometria
   Luonnollinen konvektio: vähemmän leveitä lamelleja. Pakotettu ilmavirtaus: korkeat, tiheät lamellit. Pienikokoisiin malleihin sopivat skived- tai pin-ripat.

4. Valitse valmistusmenetelmä
   Puristaminen suoria lamelleja varten, CNC mukautettuja muotoja varten, painevalu volyymille.

5. Huomioi ilmavirran suunta
   Kohdista lamellit ilmavirran kulkureitin kanssa. Pystysuuntaiset lamellit pystysuoraa ilmavirtaa varten, nastalliset lamellit monisuuntaista virtausta varten.

6. Paino ja kiinnitys
   Tasapaino paino vs. vahvuus. CNC- tai hybridimalleissa voi olla kevyt mutta jäykkä rakenne.

7. Prototyyppi ja testaus
   CFD-mallit tai prototyyppien rakentaminen vahvistavat suorituskyvyn. Käytä lämpökammioita testaamiseen todellisissa olosuhteissa.

8. Kustannukset ja määrä
   Suuret volyymit = painevalu tai suulakepuristus. Pieni volyymi tai tilaustyöt = CNC- tai liimattu lamelli.

Tässä on yhteenveto:

Valitse muotoilu, joka täyttää lämpövaatimukset, sopii kokoon ja ilmavirtaan ja pysyy budjetin rajoissa. Testaamalla varmistetaan, että se toimii tarkoitetulla tavalla.

Päätelmä

Jäähdytyslevyt ovat avainasemassa elektroniikan jäähdytyksessä, sillä ne siirtävät lämpöä lamellien ja ilmavirran avulla. Ne on valmistettu alumiinista tai kuparista esimerkiksi suulakepuristamalla, CNC-tekniikalla tai skiving-menetelmällä, ja niitä on monen muotoisia. Oikea muotoilu riippuu tehokuormasta, ilmavirrasta, materiaalista, koosta ja kustannuksista. Huolellinen laskenta ja testaus johtavat luotettaviin lämpöratkaisuihin.

Jos tarvitset apua lämpöspesifikaatioiden määrittelyssä, materiaalien valinnassa tai valmistusmenetelmien arvioinnissa, voin opastaa sinua konseptista tuotantoon.