Suuritehoisen kytkentävirtalähteen lämpösuunnitteluperiaate
1. Miksi elektroniset tuotteet tarvitsevat lämpöratkaisua
Elektroniikkatuotteiden sirut ovat erittäin integroituja, ja niillä on yhä enemmän toiminnallisia vaatimuksia ja pienempiä ja pienempiä volyymivaatimuksia. Nykypäivän komponentit kehittyvät nopeasti kohti pienentämistä, korkeaa toiminnallisuutta ja korkeaa tehokkuutta. Tehokkaat komponentit tuottavat paljon lämpöä suurilla nopeuksilla, ja tämä lämpö on poistettava välittömästi, jotta komponentit voivat toimia normaaleissa käyttölämpötiloissa. Toimi korkeimmalla teholla. Siksi siihen liittyvä lämmönjohtamistekniikka on jatkuvasti haasteena elektroniikkateollisuuden kehityksen myötä.
2. Jäähdytyselementtien materiaalityypit:
Kulta, hopea, rauta, kupari, alumiini, alumiiniseos, silikonilevy jne.
3. Lämmön hajauttamisen periaate
A-patterin lämmönpoistomuoto sisältää pääasiassa säteilyn ja konvektion.
Säteilylämmönsiirto: lämpöenergia välittyy säteilyn muodossa, ilman väliainetta, se voidaan välittää tyhjiötilassa, kuten auringon lämpöenergia välittyy maahan universumin kautta.
Konvektiivinen lämmönsiirto: Lämpöenergiaa siirretään ilman tai muun väliaineen, kuten konvektiopatterien, kautta ilman lämmittämiseksi. Ilma lämmittää kaiken huoneessa, ja ilman liike perustuu pääasiassa ilman liikkeeseen levittääkseen lämpöenergiaa.
Säteilypattereilla perinteisessä mielessä tarkoitetaan lämpöpattereita, joiden osuus lämmön kokonaishäviöstä on suhteellinen. Tällä hetkellä tyypillisimmät säteilypatterit ovat valurauta-, teräspylväspatterit ja kupari-alumiini-komposiittipatterit. Ja niin edelleen, niiden joukossa säteilyn välittämän lämpöenergian osuus on vain 30 prosenttia ja loput 70 prosenttia lämpöenergiasta siirtyy konvektiolla. Konvektiopatteri on patteri, jossa ei käytännössä ole säteilylämmönvaihtoa (tai hyvin pieni), kuten Fried kupariputkikonvektiopatteri. Se lämpenee mukavammin ja nopeammin kuin säteilevä patteri.
B. Lämmönpoistomenetelmiä ovat säteilylämmön hajoaminen, johtavuuslämmön hajoaminen, konvektiolämmön hajoaminen ja haihtuva lämmönpoisto.
Kehon eri kudosten ja elinten tuottama lämpö jakautuu tasaisesti kaikkiin kehon osiin verenkierron mukana. Kun veri virtaa ihon verisuonten läpi, 90 prosenttia kokonaislämmöstä haihtuu ihon toimesta, joten iho on kehon tärkein osa lämmön haihduttamisesta. Siellä on myös pieni osa lämmöstä, joka haihtuu kehosta keuhkojen, munuaisten ja ruoansulatuskanavan kautta hengityksen, virtsan ja ulosteiden mukana.
(1) Lämmönpoistotapa - pääasiassa fyysinen tapa
1. Säteily Säteily tarkoittaa, että keho hajottaa lämpöä lähettämällä infrapunasäteitä. Kun ihon lämpötila on korkeampi kuin ympäristön lämpötila, kehon lämpö haihtuu säteilyn vaikutuksesta. Säteilylämmön hajoaminen liittyy tekijöihin, kuten ihon lämpötilaan, ympäristön lämpötilaan ja kehon tehokkaaseen säteilyalueeseen. Yleensä säteilylämmön hajoaminen on 40 prosenttia kokonaislämmönhäviöstä. Tietenkin, jos ympäristön lämpötila on korkeampi kuin ihon lämpötila, keho imee säteilylämpöä. Terästyöläiset työskentelevät uunien edessä, samoin kuin maanviljelijät, jotka työskentelevät pelloilla auringon alla kuumana kesänä.
2. Johtaminen ja konvektio Johtavuus on tapa, jolla keho haihduttaa lämpöä siirtämällä molekyylien kineettistä energiaa. Kun ihmiskeho on suorassa kosketuksessa ihoa viileämpiin esineisiin (kuten vaatteisiin, sänkyihin, tuoleihin jne.), lämpö siirtyy kehosta näihin esineisiin. Kliinisesti tätä periaatetta käytetään jääkorkien, jääpakkausten ja muiden menetelmien käyttö korkeakuumeisten potilaiden viilentämiseen.
C, lämmönvaihto patterin ja ympäristön välillä
Kun lämpö on siirretty patterin yläosaan, on siirrettävä lämpö ohjattava mahdollisimman pian ympäröivään ympäristöön. Ilmajäähdytteisen jäähdyttimen tarkoituksena on vaihtaa lämpöä ympäröivän ilman kanssa. Tällä hetkellä lämpö siirtyy kahden eri väliaineen välillä, ja seuraava kaava on Q= XAX ΔT, missä ΔT on kahden väliaineen välinen lämpötilaero, eli lämpöpatterin ja ympäröivän ilman välinen lämpötilaero. ; ja on nesteen lämpötilaero. Lämmönjohtavuus, kun jäähdytyselementin materiaali ja ilman koostumus on määritetty, se on kiinteä arvo; tärkein A on jäähdytyslevyn ja ilman välinen kosketuspinta. Olettaen, että muut olosuhteet säilyvät ennallaan, kuten jäähdytyslevyn tilavuus, yleensä tulee. Kuitenkin muuttamalla jäähdyttimen muotoa, lisäämällä kosketuspinta-alaa ilman kanssa ja lisäämällä lämmönvaihtoaluetta se on tehokas keino parantaa lämmönpoistotehokkuutta. , Tämän saavuttamiseksi pinta-alaa kasvatetaan yleensä eväsuunnittelun avulla, jota täydennetään pinnan karhennuksella tai kierteillä.
Kun lämpö on siirtynyt ilmaan, jäähdytyselementin kanssa kosketuksissa olevan ilman lämpötila nousee nopeasti. Tällä hetkellä kuuman ilman tulee ottaa lämpöä mahdollisimman paljon pois ympäröivän kylmän ilman kanssa lämmönvaihdon, kuten konvektion, kautta. Ilmajäähdytteisille pattereille tärkein keino on lisätä ilmavirran nopeutta ja käyttää tuuletinta pakotetun konvektion aikaansaamiseksi. Tämä liittyy pääasiassa tuulettimen suunnitteluun ja tuulen nopeuteen. Jäähdyttimen tuulettimen tehokkuus (kuten virtaus, tuulenpaine) riippuu pääasiassa tuulettimen siiven halkaisijasta, aksiaalista pituudesta, puhaltimen nopeudesta ja tuulettimen siiven muodosta. Tuulettimen virtaus on enimmäkseen CFM:ssä (Imperial-järjestelmä, kuutiojalkaa/minuutti), ja CFM on noin 0,028 mm3/minuutti.
Puhdas alumiininen jäähdytin
Puhdas alumiininen jäähdytin on alkuaikoina yleisin jäähdytin. Sen valmistusprosessi on yksinkertainen ja kustannukset alhaiset. Toistaiseksi puhdas alumiininen jäähdytin on edelleen merkittävä osa markkinoita. Sen evien lämmönpoistopinta-alan lisäämiseksi puhtaan alumiinin lämpöpatterien yleisimmin käytetty käsittelymenetelmä on alumiinipuristustekniikka, ja puhtaan alumiinipatterin tärkeimmät indikaattorit ovat jäähdyttimen pohjan paksuus ja Pin-Fin-suhde. . Tappi viittaa jäähdytyslevyn evien korkeuteen ja Fin viittaa kahden vierekkäisen evän väliseen etäisyyteen. Pin-Fin-suhde on tapin korkeus (pois lukien pohjan paksuus) jaettuna evalla. Mitä suurempi Pin-Fin-suhde on, sitä suurempi on jäähdyttimen tehokas lämmönpoistoalue ja sitä edistyneempi alumiinipuristustekniikka.
Puhdasta kuparia jäähdytin
Kuparin lämmönjohtavuus on 1,69 kertaa alumiinin lämmönjohtavuus, joten jos muut olosuhteet ovat samat, puhtaan kuparin jäähdytyselementit voivat viedä lämmön pois lämmönlähteestä nopeammin. Kuparin rakenne on kuitenkin ongelma. Monet mainostetut "puhtaan kupariset jäähdytyslevyt" eivät todellakaan ole 100-prosenttisesti kuparia. Kupariluettelossa niitä, joiden kuparipitoisuus on yli 99 prosenttia, kutsutaan hapottomaksi kupariksi, ja seuraava kuparilaji on Dan-kupari, jonka kuparipitoisuus on alle 85 prosenttia. Suurin osa markkinoilla olevista puhtaan kuparin jäähdytyselementeistä on tällä hetkellä kuparipitoisuus näiden kahden välillä. Joidenkin huonolaatuisten puhdaskuparisten patterien kuparipitoisuus ei ole edes 85 prosenttia. Vaikka kustannukset ovat erittäin alhaiset, sen lämmönjohtavuus heikkenee huomattavasti, mikä vaikuttaa lämmönpoistoon. Lisäksi kuparissa on myös ilmeisiä puutteita, kuten korkea hinta, vaikea työstö ja jäähdytyselementin liiallinen massa, jotka estävät täyskuparisten jäähdytyslevyjen käyttöä. Punaisen kuparin kovuus ei ole yhtä hyvä kuin alumiiniseoksella AL6063, ja joidenkin mekaanisten käsittelyjen (kuten urituksen) suorituskyky ei ole yhtä hyvä kuin alumiinin; kuparin sulamispiste on paljon korkeampi kuin alumiinin, mikä ei edistä ekstruusiomuovausta (ExtrusiON) ja niin edelleen.
Vaikka yleisimmin käytetyt jäähdytyselementit ovat kupari- ja alumiiniseokset, alumiiniseokset ovat helppoja käsitellä ja edullisia, ja ne ovat yleisimmin käytettyjä materiaaleja. Kuparin korkeampi lämmönjohtavuus tekee sen välittömästä lämmön absorptiokyvystä parempi kuin alumiiniseosten. Nopeus on hitaampi kuin alumiiniseoksella. Siksi puhtaasta kuparista, puhtaasta alumiinista tai alumiiniseoksesta valmistettujen patterien jäähdyttimessä on kohtalokas virhe: koska käytetään vain yhtä materiaalia, vaikka peruslämmönpoistokapasiteetti voi täyttää lievän lämmönpoiston tarpeet, se ei pysty tasapainottamaan lämmönjohtavuutta. . Kaksi vaatimusta, kapasiteetti ja lämpökapasiteetti, ovat hieman ylikuormitettuja tilanteissa, joissa lämmönpoistovaatimukset ovat korkeat.
Kupari-alumiinin liitostekniikka
Kun otetaan huomioon kuparin ja alumiinin puutteet, jotkin markkinoiden huippuluokan patterit käyttävät usein kupari-alumiinin yhdistelmävalmistusprosesseja. Näissä jäähdytyselementeissä käytetään yleensä kuparimetallipohjaa, kun taas jäähdytyselementtien rivat on valmistettu alumiiniseoksesta. Tietysti kuparipohjan lisäksi on olemassa myös menetelmiä, kuten kuparipylväiden käyttö jäähdytyselementissä, mikä on myös sama periaate. Korkean lämmönjohtavuuden ansiosta kuparinen pohjapinta voi nopeasti imeä prosessorin vapauttaman lämmön; alumiinilamellit voidaan saada suotuisimpaan muotoon lämmönpoistoa varten monimutkaisten prosessien avulla, ja ne tarjoavat suuren lämmön varastointitilan ja vapauttavat sen nopeasti. Tasapaino on löydetty kaikilta osin.
Lämpö haihtuu CPU-ytimestä jäähdytyselementin pinnalle, mikä on lämmönjohtamisprosessi. Jäähdytyslevyn pohjalle, koska se on suorassa kosketuksessa pieneen korkean lämmönlähteen alueen kanssa, edellytetään, että jalusta voi johtaa lämpöä nopeasti pois. Korkeamman lämmönjohtavuuden omaavien materiaalien käyttö jäähdytyselementissä on erittäin hyödyllistä lämmönjohtavuuden parantamisessa. Lämmönjohtojärjestelmän vertailutaulukosta nähdään, että esimerkiksi alumiinin lämmönjohtavuus on 237W/mK ja kuparin 401W/mK. Kun verrataan saman tilavuuden lämpöpattereita, kuparin paino on 3 kertaa alumiinin paino, kun taas alumiinin ominaislämpö on 3 kertaa. Se on vain 2,3 kertaa kupariin verrattuna, joten samalla tilavuudella kuparipatteri kestää enemmän lämpöä kuin alumiinipatteri ja lämpenee hitaammin. Samalla jäähdytyselementin pohjapaksuudella kupari ei vain voi poistaa nopeasti lämmönlähteiden, kuten CPU Die, lämpötilaa, vaan myös sen oma lämpötilan nousu on hitaampaa kuin alumiinisten jäähdytyslevyjen. Siksi kupari soveltuu paremmin jäähdytyslevyn pohjapinnan valmistukseen.
Näiden kahden metallin yhdistäminen on kuitenkin suhteellisen vaikeaa, ja kuparin ja alumiinin välinen affiniteetti on huono. lämpövastus). Varsinaisessa suunnittelussa ja valmistuksessa valmistajat pyrkivät aina pienentämään rajapinnan lämpövastusta mahdollisimman paljon ja välttämään heikkouksia, jotka usein heijastelevat valmistajan suunnittelukykyä ja valmistusprosesseja.
4. Lämpöväliaine - lämpöä johtava silikageeli.
a. Mikä on lämpövastus?
Niin kutsuttu "lämpövastus" (lämpövastus) viittaa kattavaan parametriin, joka heijastaa kykyä estää lämmönsiirto. Lämpövastuksen käsite on hyvin samanlainen kuin resistanssin käsite, ja yksikkö on myös samanlainen - aste /W, eli lämpötilaero lämmönjohtopolun kahden pään välillä, kun kohteen jatkuva lämmönsiirtoteho on 1W .
b. Ilman lämpövastus on luonnossa suurin ja sen arvo on lähellä 0.03W/mK;
c. Täytä lämmitysrungon ja metallisen jäähdytyselementin välinen rako vähentääksesi ilmaa, jotta lämmitysrunko ja jäähdytyselementti osoittavat suoraa konvektiolämmön hajoamista.
d. Lämpöä johtava silikonilevy voi myös haihduttaa lämpöä epäsuorasti, eli se on ulkona, joten sitä kutsutaan jäähdytyselementiksi.
Sinda Thermal on johtava jäähdytyslevyvalmistaja, omistamme lämpöasiantuntijoiden tiimin ja monia tarkkoja tiloja ja laitteita, voimme tehdä kilpailukykyisimmän tarjouksen ja laadukkaat jäähdytyslevyt. Ota meihin yhteyttä vapaasti, jos sinulla on lämpövaatimuksia.
