تحليل على المشتت الحراري

أساسيات المشتت الحراري

بالوعة الحرارة هي واحدة من المكونات الأساسية في تبريد المعدات الإلكترونية.بالنسبة لأي مصدر حرارة لا يمكن تبريده بشكل صحيح عن طريق التبريد التوصيلي الخاص به ويتطلب تبريدًا أكثر كفاءة من المشتت الحراري، يلزم وجود المشتت الحراري لتحريك الحرارة بعيدًا عن مصدر الحرارة وتبديدها من خلال التوصيل أو الحمل الحراري الأكثر تحسينًا.

يتكون الرادياتير بشكل أساسي من قاعدة وزعانف.القاعدة عادة ما تكون السطح المسطح الذي يكون على اتصال بمصدر الحرارة وينشر الحرارة من النقطة الساخنة إلى الزعانف.يمكن قطع الزعانف أو تصنيعها في أي عدد من الأشكال الهندسية، والتي عادة ما تكون متعامدة مع القاعدة لتوزيع الحرارة.الهدف هو تحسين مساحة سطح المشتت الحراري بحيث يتم نقل وتبديد معظم الحرارة.

مع استثناءات نادرة، تصنع المشتتات الحرارية من معدن موصل للحرارة، والأكثر شيوعًا هو الألومنيوم.بفضل الموصلية الحرارية التي تبلغ 235 وات/كيلفن لكل متر، فإن الألومنيوم خفيف الوزن وغير مكلف، مما يجعله مثاليًا للمشعات الأخف وزنًا والأكثر فعالية من حيث التكلفة.يعد النحاس أيضًا خيارًا شائعًا.على الرغم من أن النحاس أغلى وأثقل، إلا أنه قد يكون ضروريًا للتطبيقات عالية الأداء بسبب موصليته الحرارية العالية التي تبلغ 400 واط/م ك.

أخيرًا، يصنف المهندسون عادةً المشتتات الحرارية على أنها تحتوي على حمل حراري 'طبيعي' أو حمل حراري 'قسري'.تعمل أحواض الحرارة بالحمل الحراري الطبيعي (السلبي) على زيادة مساحة السطح وتوصيل الحرارة دون إضافة مكونات نشطة.تم تصميم مشعات الحمل القسري (النشيطة) لاستخدام مكونات مثل المراوح والمنافيخ لإجبار الهواء البارد عبر الزعانف، مما يؤدي إلى حدوث اضطراب وزيادة أداء تبريد المبرد.

1. ختم مستوى اللوحة

بالوعة الحرارة على مستوى المجلس يمكن ختمها أو مقذوف.يتم تصنيع المشعاعات المختومة من الصفائح المعدنية التي تخضع لعملية ختم تدريجية، حيث يضيف كل ختم معدني التفاصيل والوظيفة أثناء مروره عبر قالب الختم.تم تصميم الأشكال الهندسية للمشتت الحراري المختوم لأنواع معينة من الحزم الإلكترونية لضمان الملاءمة والأداء الأمثل للوحة PCB.يمكن أن تكون هذه المشتتات الحرارية سلبية أو نشطة، بناءً على إضافة المراوح، والتي غالبًا ما تستخدم لزيادة تدفق الهواء في جميع أنحاء اللوحة أو النظام.

ميزة:

أ.مثالية لتطبيقات الطاقة المنخفضة (0-5 واط)

ب.خيارات للتجميع السريع والسهل

ج.تكلفة منخفضة

د.سعة كبيرة قابلة للتطوير

ه.خيارات الكتالوج لجميع أنواع التغليف

عيب:

أ.غير مناسب للتطبيقات التي تزيد عن 5 وات

ب.الحد الأقصى للحجم، لا يزيد عن 50 ملم

ج.يمكن استخدامه على جهاز واحد فقط - ولا يمكن استخدامه لتبريد مصادر حرارة متعددة

2. الألومنيوم المبثوق

يعد الألمنيوم المبثوق أحد أكثر طرق التصنيع شيوعًا وفعالية من حيث التكلفة.تختلف أحجام الرادياتير المبثوق حسب التطبيق، حيث تتراوح من الأصغر للتطبيقات على مستوى اللوحة إلى الأكبر للتطبيقات متوسطة الطاقة.يمكن تصميمها للتبريد السلبي أو النشط اعتمادًا على شكل الزعنفة والتباعد.تعتبر المشتتات الحرارية المبثوقة على مستوى اللوحة شائعة في حزم مثل BGAs وFPGAs.

اختيار الحق بالوعة الحرارة مقذوف يعتمد إلى حد كبير على عامل الشكل المطلوب.يتم تصنيع المشتتات الحرارية المبثوقة عن طريق إنشاء قالب جانبي يحدد كثافة الزعانف والتباعد والطول، بالإضافة إلى ارتفاع القاعدة وعرضها.يتم دفع الألمنيوم المخفف إلى القالب لتشكيل قضيب طويل، يسمى قضيب خام، له نفس الشكل والأبعاد مثل القالب.يتم بعد ذلك تقطيع القضبان إلى أشرطة/مستطيلات أصغر حجمًا أو أطوال مخصصة.يتم تشكيلها وتشطيبها بشكل أكبر لإنشاء مشعات مخصصة.وهذه العملية سريعة وفعالة من حيث التكلفة وقابلة للتطوير؛ولهذا السبب يعتبر الكثير من الناس المشتتات الحرارية المقذوفة أولاً عند البحث عن حل.

ميزة:

أ.مثالية لتطبيقات الطاقة المنخفضة إلى المتوسطة

ب.سريعة وفعالة من حيث التكلفة

ج.سعة كبيرة قابلة للتطوير

د.التخصيص البسيط

ه.هيكل من قطعة واحدة مع مقاومة حرارية محدودة

عيب:

أ.غير مناسب لتطبيقات الطاقة العالية

ب.قيود الحجم: لا يزيد عرضها عن 23 بوصة وطولها 47 بوصة

ج.قيود التشطيب للأحجام الأكبر

3.Skived بالوعة الحرارة الزعانف

Skiving هي طريقة لتصنيع المواد المصنوعة من قطعة واحدة من المعدن يتم فيها تقطيع الطبقات من الجزء العلوي من القاعدة.يتم طي الطبقات بشكل عمودي على القاعدة، وتكرر العملية بشكل دوري لإنشاء الزعانف.يقلل البناء المكون من قطعة واحدة من المقاومة الحرارية لأنه لا توجد طبقات أو مواد بين الزعانف والقاعدة.تتيح هذه العملية أيضًا كثافة عالية للزعانف وهندسة زعانف رفيعة، مما يؤدي إلى زيادة مساحة سطح المشتت الحراري وتحسين أداء نقل الحرارة.

على عكس المشتتات الحرارية المقذوفة، أحواض حرارة زعانف سكيفيد ولا تعتمد على الأدوات والخطوات المتعددة؛بدلاً من ذلك، يستخدمون أداة القطع، مما يؤدي إلى انخفاض تكاليف الأدوات، وزيادة مرونة التصميم، وإنشاء نماذج أولية أسرع.

ميزة:

أ.تبريد أكثر كفاءة وأداء أفضل

ب.زعانف رفيعة وقدرات عالية الكثافة للزعانف

ج.تقليل تكاليف العفن

د.تصنيع النحاس اقتصاديا

عيب:

أ.غير مناسب لتطبيقات الطاقة العالية

ب.حجم الحد

ج.قد تكون الزعانف الرقيقة أكثر هشاشة

د.لا يفضي إلى كميات كبيرة

4. المستعبدين زعنفة ومشتت حرارة الزعانف النحاسية

A المستعبدين بالوعة الحرارة الزعنفة عبارة عن مجموعة مكونة من قطعتين تتكون من قاعدة مبثوقة أو مُشكَّلة آليًا مع أخاديد أو أحواض وزعانف مرتبطة بمادة لاصقة موصلة للحرارة، عادةً ما تكون عبارة عن وصلة لحام أو راتنج أوكسي حلقي.لتحسين السلامة الهيكلية والأداء الحراري، يتم أحيانًا لحام هذه الهياكل بالنحاس لتعزيز الترابط الحراري والميكانيكي.

عادة ما يتم ختم الزعانف من مخزون الملف أو قطعها من صفائح رقيقة، في حين أن القاعدة عادة ما تكون مقذوفة أو مصبوبة أو مصنعة آليًا.قد تتضمن القواعد أيضًا تكاملًا حراريًا إضافيًا، مثل الأنابيب الحرارية المدمجة أو غرف البخار، للحصول على أداء أعلى.من خلال دعم المزيد من الزعانف الأطول والتخصيص الإضافي، توفر المشتتات الحرارية المستعبدة أداءً أعلى ومساحة سطح أكبر في مساحة أصغر.

ميزة:

أ.مساحة أصغر، مثالية للتطبيقات ذات المساحة المحدودة

ب.الأداء الحراري العالي

ج.مناسب للحمل الحراري القسري، ولا يوجد حد لطول تدفق الهواء

د.إغلاق مسافة الزعانف

ه.نسبة أبعاد زعنفة عالية

F.سهولة الدمج ومرونة التصميم العالية

ز.تقليل تكاليف العفن

عيب:

أ.غير مناسب لتطبيقات الاهتزاز أو الصدمات العالية

ب.لا يمكن استخدامه عندما تكون المقاومة الحرارية أقل من 0.01 درجة مئوية/وات.

5. زعانف سحاب بالوعة الحرارة

ال زعنفة سستة المكدس مصنوع من سلسلة من الزعانف الفردية من الصفائح المعدنية المختومة والتي يمكن طيها وسحبها معًا باستخدام ميزة متشابكة.تختلف أطوال الزعانف والفجوات اعتمادًا على قالب الختم.يمكن إغلاق الزعانف لتشكيل قنوات ذات زعانف أو تركها مفتوحة لتدفق الهواء متعدد الاتجاهات حسب متطلبات التطبيق.غالبًا ما تكون أكوام الزعانف ملحومة أو ملحومة أو إيبوكسي بقاعدة المشتت الحراري أو أنبوب الحرارة لتحقيق تجميع حراري كامل.يؤدي اتصال الزعانف العلوية والسفلية إلى زيادة الاستقرار الميكانيكي ويجعل المشتت الحراري أكثر متانة.توفر أكوام الزعانف السحابية درجة عالية من مرونة التصميم ويمكن استخدامها في حلول متكاملة للغاية باستخدام مجموعة من التقنيات بدءًا من الأنابيب الحرارية المدمجة والنقل وغرف البخار إلى المراوح والأنظمة الكبيرة.

ميزة:

أ.الأداء الحراري العالي

ب.مثالية للحمل القسري

ج.سهولة الدمج ومرونة التصميم العالية

د.تقليل تكاليف العفن

ه.أخف وزنا

F.يمكن استخدامها لتحسين كفاءة أنابيب الحرارة

ز.تحسين السلامة الميكانيكية

عيب:

بعض القيود المفروضة على متطلبات المقاومة الحرارية المنخفضة

6. زعانف قابلة للطي

زعانف مطوية يتم تصنيعها عن طريق وضع الصفائح المعدنية من خلال عملية الطي لإنشاء مجموعة متنوعة من الأشكال الهندسية بمساحة سطح أكبر.على الرغم من أنه يمكن استخدام هذه الزعانف في مجموعة من التقنيات، بما في ذلك ألواح التبريد السائلة؛غالبًا ما يتم ربطها أو لحامها بقاعدة لتشكيل المشتت الحراري.

ميزة:

أ.زيادة مساحة السطح وكفاءة الزعانف

ب.كثافة تدفق الحرارة العالية

ج.المزيد من الخيارات المادية

د.وزن خفيف

عيب:

أ.من الأفضل أن يتم توجيه الهواء مباشرة إلى الرادياتير

ب.قد تتكبد تكاليف أعلى

7. يموت الصب بالوعة الحرارة

ال يموت الصب بالوعة الحرارة هو هيكل من قطعة واحدة.وهي مخصصة في المقام الأول للإنتاج بكميات كبيرة في التطبيقات الحساسة للوزن، أو التي تتطلب جودة سطح ممتازة، أو ذات أشكال هندسية معقدة للغاية.يتم تحقيق هذه الحلول عن طريق صب سبيكة موصلة للحرارة في قالب مخصص على شكل شبه صافي، ثم تصنيعها وتشطيبها بخفة للحصول على المنتج النهائي.

ميزة:

أ.مثالية للتطبيقات كبيرة الحجم وعالية الأداء

ب.مناسبة للهندسة المعقدة

ج.مقاومة حرارية منخفضة أو معدومة

عيب:

ارتفاع تكلفة القالب الأولي لمرة واحدة

لبالوعات الحرارة المتنوعة، وينشير الحرارية تتمتع شركة Energy بقدرات تخصيص احترافية وأسواق تطبيقات متنوعة، ويمكنها تخصيص منتجات التبريد لأنظمة مختلفة للعملاء.في غضون ذلك، سنأخذ العديد من العوامل في الاعتبار عند تصميم الرادياتير ونستمر في تحسين تصميم الرادياتير وتحسينه.إذا كانت لديك أي أسئلة أخرى حول المشتتات الحرارية أو كنت بحاجة إلى حل تبريد مناسب لشركتك، فلا تتردد في ترك تعليق أو الاتصال بـ Winshare عبر البريد الإلكتروني.