عوامل التصميم التي يجب أن تعرفها عن تصميم المشتت الحراري

تقليل الحرارةs هي بلا شك أجزاء أساسية من معظم التجميعات الإلكترونية والمكونات الإلكترونية الضوئية والأجهزة الإلكترونية الكهربائية.يعمل المبادل الحراري السلبي هذا على تبخير الحرارة التي تنتجها الأجهزة الإلكترونية للتأكد من أن السيارة تعمل ضمن الحدود التي يوجهها المصنعون.تتضمن بعض العناصر الأساسية التي يجب مراعاتها عند تصميم المشتت الحراري ...

lالمقاومة الحرارية،

lحجم وشكل الزعنفة ،

lمادة،

lتكوين الزعانف ،

lكفاءة الزعانف ،

lطريقة مرفق بالوعة الحرارة،

lمواد الواجهة الحرارية.

يمكن الحصول على المعلمات والهندسة التي تضمن أقصى قدر من تبديد الحرارة من خلال تحليل نماذج مختلفة من المشتت الحراري.

وينطوي الطلب الناشئ على الإلكترونيات عالية الأداء على إنشاء إلكترونيات متقدمة جنبًا إلى جنب مع المعالجات الدقيقة السريعة بالإضافة إلى كثافات الترانزستور العالية.أدى هذا التعديل التكنولوجي المحدد في جميع مكونات هذه الإلكترونيات إلى زيادة الحمل الحراري عند التشغيل.لذلك ، يحتوي نظام الإدارة الحرارية متعدد الاستخدامات على ميزات مفادها أن تصميم المشتت الحراري المناسب يجب أن يكون مثالياً لضمان الأداء الأمثل للإلكترونيات.

علاوة على ذلك ، من أجل الحد من فشل النظام في جميع الأجهزة الإلكترونية ولضمان كفاءة تبديد الحرارة ، فإن هذا هو السبب في اعتبار المشتت الحراري مثاليًا لتقديم تأثيرات التبريد في جميع الأجهزة الإلكترونية.لذا ، في هذه المقالة ، سنحاول الإجابة على الأسئلة التالية: كيف يعمل المشتت الحراري؟سنستكشف أيضًا أهمية المشتت الحراري ، وأساسيات تصميم المشتت الحراري ، وكيفية تحسين تصميم المشتت الحراري للحصول على الأداء الأمثل للإلكترونيات.دعنا نتعمق في الأمر.

أساسيات تصميم المشتت الحراري

يحتوي المشتت الحراري على جميع المكونات الميكانيكية المستخدمة في الأجهزة الإلكترونية للحد من ارتفاع درجة حرارة المكونات الكهربائية عن طريق إدخال تبريد إضافي.كما أنها تشتت الحرارة من المكونات الكهربائية ، ومعظمها من ترانزستور الطاقة ، الموجود في البيئة المحيطة.تكون هذه البيئة عادةً هي وسط السائل ذي درجة الحرارة المنخفضة على سبيل المثال الهواء بالإضافة إلى سائل التبريد.

ما هي العوامل التي يجب مراعاتها في تصميم المشتت الحراري؟

يعتمد التبديد الفعال للطاقة الحرارية من خلال المشتت الحراري في الغالب على تصميمه الفعلي.لكونه مبادل حراري سلبي ، يجب أن يضمن تصميم المشتت الحراري سهولة نقل الحرارة إلى بيئته.وعادة ما تتم عملية الدفع الحراري عن طريق التوصيل أو الإشعاع أو الحمل الحراري.في بعض الأحيان ، يتم تفسيره على أنه مزيج من طرق نقل الحرارة الثلاث المذكورة أعلاه.لبناء فعال بالوعة الحرارة ، يجب النظر في عدد من العوامل.سنشرح أدناه العوامل المقنعة التي يجب عليك تضمينها قبل تعلم عملية إنشاء المشتت الحراري.

المقاومة الحرارية

تشرح المقاومة الحرارية مقاومة تدفق الحرارة بين المحيط وأشباه الموصلات.قد تكون البيئة عبارة عن سائل مبرد أو هواء محيط.

من خلال تحديد المقاومة الحرارية لجهاز معين ، من المهم أثناء اختيار المشتتات الحرارية.وذلك لأن المسار المصمم لتبديد الحرارة يجب أن يحتوي على كمية مثالية مليئة بالمقاومة الحرارية.سيحدد هذا مدى سرعة حدوث عملية نقل الحرارة.تضمن المقاومة الحرارية أن فعالية المشتت الحراري توضح ما إذا كان هناك انخفاض في درجة الحرارة أم لا.هناك أيضًا بعض العوامل التي يجب مراعاتها ...

lمواد

lحجم وشكل الزعنفة

lتكوين الزعانف

lطريقة التعلق

lمواد الواجهة الحرارية

ما هو تصميم المشتت الحراري

عادةً ما تكون أحواض الحرارة عبارة عن معالجات أو ترانزستورات.يلائمها المصنعون بعناية مع مروحة مدمجة لتفريق الطاقة من جميع الأجهزة الإلكترونية.ومع ذلك ، ليست كل أحواض الحرارة المذكورة أعلاه متصلة بالمروحة.تُعرف تلك الأحواض التي تحتوي على مرفق مروحة باسم 'أحواض الحرارة النشطة ' ، وتلك التي تفتقر إلى المشتت الحراري تعتبر 'مغاسل حرارية سلبية '.

أهمية استخدام المشتتات الحرارية

A تقليل الحرارة مهم جدًا في جميع المنتجات الإلكترونية نظرًا لقدرته على الحد من ارتفاع درجة حرارة المكونات الكهربائية.لذلك ، يمكن أن يكون الجهاز قادرًا على العمل مع جميع درجات الحرارة المحددة.فيما يلي بعض الأسباب الأخرى التي تجعل المشتتات الحرارية مهمة.

صيانة الطاقة الحرارية

يحافظ المشتت الحراري على جميع الأجهزة الإلكترونية التي تتحكم في الطاقة الحرارية من خلال نقل الحرارة من جميع مكونات الدائرة الإلكترونية إلى المناطق المحيطة.

يحسن الموثوقية الإلكترونية

يعمل المشتت الحراري أيضًا على تحسين موثوقية الأجهزة الإلكترونية نظرًا لمكوناته الوقائية التي تتعطل بسبب وظيفتها.

كما أنه يوفر الحرارة

توفر المشتتات الحرارية أيضًا الحرارة في جميع تلك الحالات عندما يحدث انخفاض في درجة الحرارة داخل الدائرة الكهربائية.

بناءً على هذه الأهمية ، أصبحت المشتتات الحرارية الآن مكونات أساسية لجميع الأجهزة الإلكترونية.على سبيل المثال ، هم جزء من وحدة المعالجة المركزية (وحدة المعالجة المركزية لأجهزة الكمبيوتر).

مادة بالوعة الحرارة

تأتي معظم المشتتات الحرارية مع الألومنيوم وسبائك النحاس لأنها عالية التوصيل.يعتبر الألمنيوم أقل تكلفة ، كما أنه مثالي بسبب ليونة مما يجعل من السهل تصميمه بالإضافة إلى تصميم أحواض الحرارة.هناك مواد أخرى مختلفة.على سبيل المثال ، يعتبر النحاس ، نظرًا لتوصيله الحراري العالي جدًا إلى جانب مقاومة التآكل ، جزءًا من تصميم المشتت الحراري.ومع ذلك ، يُعرف الألمنيوم أيضًا بأنه أكثر المواد المهيمنة كفاءة.لقد ثبت أن هذا المزيج أكثر فاعلية ويمكن استخدامه في جميع الوحدات الخاصة بك لبناء المشتت الحراري.

مواد الواجهة

تُعرف مواد الواجهة الحرارية بالمواد التي تشكل كل المساحة بين المشتت الحراري.إنه هواء طبيعي.ومع ذلك ، فإن بعض الشركات المصنعة تستخدم أيضًا مواد متغيرة أخرى مثل الميكا.تعمل مواد الواجهة الحرارية أيضًا على تقليل المقاومة الحرارية في جهاز إلكتروني وتسمح بنقله السريع لجميع الطاقة الحرارية.

الحرارة المتولدة من خلال الجهاز هي عبارة عن تجميع لتوليد حرارة المكونات ذات الصلة.منذ ذلك الحين ، يتمتع المكون بمقاومة حرارية متفاوتة للغاية ، حيث ليس من السهل ضمان التبديد الفعال للحرارة.لضمان فعالية تدفق الحرارة من جميع الأجهزة الإلكترونية ، يجب تقليل المقاومة الحرارية.هذا ممكن من خلال دمج المواد الحرارية والواجهة.

شكل وترتيب الزعانف

يعتمد التبديد الفعال لكل الحرارة من الجهاز المحدد إلى وسط التبريد المطلوب على كل ترتيب زعنفة. تقليل الحرارة تتميز التصميمات عادةً بزعانف ملحومة أثناء إنشاء المشتت الحراري.يوفر اتجاه الزعانف أيضًا مساحة سطح عالية تسمح للهواء بالمرور بجانب المشتت الحراري.لذلك ، تعتبر هذه الأمور بالغة الأهمية وضرورية في عملية التبريد.

لذلك ، فإن زعانف المشتت الحراري فعالة وتعتمد على الشكل المطلوب للزعانف بالإضافة إلى أنه يجب عليك التفكير في ذلك لضمان فعالية الحمل الحراري للحرارة من الجهاز الإلكتروني وضمان تبريد الجهاز المحدد والمشتت الحراري.

طرق تركيب المشتت الحراري

سيتم تحسين فعالية جميع المشتتات الحرارية عن طريق اختيار جميع طرق التعلق المناسبة.يجب أن تأخذ عملية الاختيار هذه في الاعتبار المتطلبات الميكانيكية والحرارية للجهاز قبل أن تقرر أن طريقة التثبيت ستكون مناسبة.

لذلك ، هناك عدد من الطرق لتركيب المشتت الحراري على جهاز إلكتروني.الطرق الشائعة هي:

lالأشرطة الحرارية.

lمقاطع الأسلاك

lمقاطع بلاستيكية.

lدبابس ضغط.

lمسامير الربيع المحملة.

تصميم بالوعة الحرارة حاسبة المقاومة الحرارية

يأتي تصميم المشتت الحراري مصحوبًا بفهم كامل لبعض الحسابات المتعلقة بالمقاومة الحرارية.يتم استخدام المعادلة المذكورة أدناه لحساب المقاومة الحرارية للحرارة (Rhs)

Rhs = (Tj-Tmb / P) - (Rth-jc) - الواجهة

Tj: أقصى درجة حرارة تقاطع للجهاز في 0 درجة مئوية.

Rth-jc: تقاطع مع المقاومة الحرارية

Tamb: عند 0 درجة مئوية من درجة حرارة الهواء المحيط عند.

P: الحرارة المشتتة من مصدر الحرارة

الواجهة: مقاومة مواد الواجهة الحرارية

الواجهة = (الصبغة / Ls x Ws x kinterface)

tinterface: سمك مادة الواجهة الحرارية

الواجهة: التوصيل الحراري لمادة الواجهة

Ls: طول مصدر الحرارة

Ws: عرض مصدر الحرارة

معرفة الحساب الذي يأتي مع الفهم الأساسي لما ورد أعلاه.لذلك ، سيكون من السهل ضبط ودمج المعلمات المماثلة في تصميم المشتت الحراري بالكامل في حالة الحصول على مقاومة حرارية للحرارة أكبر من أعلى درجة حرارة تشغيل لأشباه الموصلات.أيضًا ، من المعادلة أعلاه ، يمكنك أيضًا حساب البعد الأمثل لوحدات امتصاص الحرارة مثل أن يكون لديك أدنى درجة حرارة لمصدر الحرارة.

التطبيقات

تحتوي أحواض الحرارة على مجموعة واسعة من التطبيقات ، خاصة في الأجهزة الإلكترونية.والسبب هو أن كل هذه الأجهزة تخلق جزءًا كبيرًا من الحرارة أثناء التشغيل ، ولا يمكنها موازنة درجة حرارتها.قد تؤثر هذه الحرارة الناتجة على أداء جميع أشباه الموصلات في جميع الأجهزة الإلكترونية.لذلك ، يؤدي فشل جميع المكونات في النهاية إلى تلف الجهاز المتصل.

لا شك أن تحليل الأداء الحراري لكل جهاز إلكتروني هو مهمة.يجب أن يوفر تصميم أحواض الحرارة تبريدًا إضافيًا لجميع هذه الأجهزة عن طريق إزالة الحرارة من جميع المكونات الكهربائية المحيطة مثل الصمامات الثنائية والترانزستورات والدوائر المتكاملة ومنظمات الجهد.

خاتمة

تعتبر المشتتات الحرارية ذات أهمية عالية لأن تصميم المشتتات الحرارية منظم بعناية لضمان فعالية الأداء.لذلك ، ينبغي النظر في أشياء كثيرة.تحدثت هذه المقالة عن جميع العوامل التي ستساعد في تصميم المشتت الحراري.كما قدم إجابات لأسئلة حول كيفية عمل المشتت الحراري ونصائح لتضمينها في دليل التصميم الخاص بك.