Hladnjak: vrste, materijali i metode proizvodnje

Hladnjak pomera toplotu dalje od elektronskih komponenti u vazduh, držeći ih u sigurnim temperaturnim granicama. Njegov učinak zavisi od stila hlađenja, materijala, oblika peraja, načina proizvodnje i montaže. Ovaj članak objašnjava tipove hladnjaka, napredne raspršivače, opcije PCB-a i metode montaže i daje jasne informacije o svakoj temi.

KSNUMKS. Pregled hladnjaka

Hladnjaci se mogu grupisati na nekoliko načina na osnovu njihove strukture, načina hlađenja, materijala i lokacije instalacije. Razumevanje ovih grupa olakšava izbor hladnjaka koji zadovoljava potrebe za hlađenjem kola ili sistema.

Standardne metode klasifikacije uključuju:

• Metoda hlađenja - pasivna ili aktivna

• Proizvodni proces - ekstrudirani, žigosani, skived, itd.

• Geometrija peraja - ravna, igla, proširena

• Poboljšanje transporta toplote - toplotna cev, parna komora

• Nivo integracije - PCB-montiran ili šasija-nivo

Pasivno i aktivno hlađenje za hladnjake 

• Pasivni hladnjaci se oslanjaju na prirodni protok vazduha, tako da su tihi i jednostavni, ali im je potrebna veća veličina ili više peraja da bi se uklonila ista količina toplote.

• Aktivni hladnjaci koriste ventilator za guranje vazduha preko rebara, tako da mogu da podnesu veću toplotu u manjem prostoru, ali stvaraju buku i zavise od ventilatora koji ostaje čist i radi ispravno.

Zajednički Heat Sink Materijali

• Aluminijum ima umerenu toplotnu provodljivost i malu težinu, tako da se koristi za standardne hladnjake u mnogim elektronskim proizvodima.

• Bakar ima veću toplotnu provodljivost i brže širi toplotu, ali je teži i košta više od aluminijuma.

• Hibridni hladnjaci koriste i bakar i aluminijum u jednoj strukturi kako bi poboljšali širenje toplote na kritičnim mestima, a istovremeno držali ukupnu težinu i troškove pod kontrolom.

Heat Sink Fin Oblici i protok vazduha meč 

Oblik i pravac peraja snažno utiču na to kako se vazduh kreće kroz hladnjak i koliko dobro uklanja toplotu. Različite geometrije peraja bolje funkcionišu sa specifičnim obrascima protoka vazduha, kao što su protok vazduha iz ventilatora ili prirodnog protoka vazduha. Izbor odgovarajućeg tipa peraja pomaže u održavanju glatkog protoka vazduha i poboljšanju ukupnih performansi hlađenja.

Toplotni hladnjak Proizvodne metode i strukturni tipovi

Ekstrudirani aluminijumski hladnjaci 

Ekstrudirani hladnjaci su napravljeni prisiljavanjem zagrejanog aluminijuma kroz oblikovanu matricu da se formira dugačak, rebrast komad. Profili se zatim mogu iseći na potrebnu dužinu. Ova metoda, Heat Sink Klasifikacija: Vrste, materijali, i metode proizvodnje, se koristi jer podržava mnoge standardne oblike i održava troškove proizvodnje upravljati za male i srednje nivoe snage.

• Jednodelna konstrukcija sa perajama i bazom formiranom zajedno

• Dobra mehanička čvrstoća za montažu i rukovanje

• Pogodan za aplikacije male i srednje snage

• Ograničena sposobnost stvaranja krhkih peraja ili veoma složenih oblika

Stamped metalni hladnjaci

Utisnuti hladnjaci su napravljeni od tankih limova koji se seku i oblikuju pomoću alata za štancanje. Peraje i baza su formirani od jednog lista, držeći strukturu laganom i kompaktnom. Ova vrsta hladnjaka se često koristi tamo gde je prostor ograničen i potrebno je ukloniti samo skromnu količinu toplote.

• Formirana od tankog lima pomoću alata za štancanje

• Lagana konstrukcija sa relativno niskim troškovima materijala

• Pogodno za proizvodnju kompaktnih hladnjaka u velikom obimu

• Obezbeđuje manju površinu i niže performanse hlađenja od debljih tipova peraja

livenog metala Hladnjak 

Liveni hladnjaci se izrađuju prisiljavanjem rastopljenog metala u kalup, gde se hladi i stvrdnjava u konačni oblik. Ovaj proces može da stvori detaljne obrasce peraja i ugrađene funkcije montaže ili poravnanja u jednom komadu. Često se koristi kada je potreban određeni oblik i kada hladnjak mora čvrsto uklopiti sa drugim mehaničkim delovima.

• Koristi rastopljeni metal ubrizgan u kalup za formiranje hladnjaka

• Podržava složene rasporede peraja i ugrađene mehaničke funkcije

• Dobro prilagođen dizajnu gde je hladnjak deo kućišta ili kućišta

• Zahteva veće troškove alata, što ga čini najpraktičnijim za srednje do velike količine proizvodnje

Bonded-Fin Heat Sink Strukture

Bonded-fin hladnjaci su izgrađeni pričvršćivanjem odvojenih peraja na čvrstu podlogu pomoću lemljenja, lemljenje, ili drugi metod lepljenja. Ovaj pristup omogućava da se više peraja upakuje u isti otisak, što povećava ukupnu površinu za prenos toplote u poređenju sa mnogim standardnim ekstrudiranim profilima. Bonded-fin dizajni se često biraju kada je potrebno veće performanse hlađenja u ograničenom prostoru.

• Podržava veću gustinu peraja od tipičnih ekstrudiranih hladnjaka

• Razmak, visina i debljina peraja mogu se podesiti za protok vazduha i nivo snage

• Spojevi za lepljenje dodaju malu količinu toplotnog otpora u poređenju sa jednodelnim perajama

Skived-Fin hladnjak dizajn 

Skived-fin hladnjaci su napravljeni od čvrstog metalnog bloka brijanjem tankih slojeva materijala i savijanjem ih do formiranja peraja. Budući da su peraja formirana od istog komada metala kao i baza, između njih nema odvojenih spojeva. Ova metoda omogućava da se mnogi tanki peraja uklope u malu površinu, povećavajući ukupnu površinu za prenos toplote i omogućavajući snažno hlađenje u uskim prostorima.

• Peraje su isečene i savijene od jednog čvrstog bloka metala

• Obezbeđuje veliku površinu peraja u kompaktnom otisku

• Dobro funkcioniše tamo gde je prostor ograničen, ali potrebe za uklanjanjem toplote su veće

Hladno kovane strukture hladnjaka

Hladno kovani hladnjaci se izrađuju pritiskom metala u oblikovanu matricu pod visokim pritiskom na sobnoj temperaturi ili malo iznad nje. Ovaj proces formira bazu i osigurača u jedan čvrsti komad, pomažući da struktura bude jaka i poboljšava prenos toplote između baze i peraja. Hladno kovanje dobro funkcioniše za kompaktne oblike, uključujući guste pin-fin ili radijalne rasporede kojima je potrebno dobro hlađenje u malom prostoru.

• Formira hladnjak pritiskom metala u oblik pod visokim pritiskom

• Jednodelna konstrukcija daje visoku čvrstoću i dobar toplotni kontakt

• Pogodan za kompaktne, velike snage rasporeda kao što su pin-fin ili radijalni dizajn

• Zahteva složene alate i najekonomičniji je za velike količine proizvodnje

toplotne cevi i parne komore hladnjaka

Heat Pipe Heat Sink Strukture

Heat pipe hladnjaka kombinuju metalnu bazu i peraja sa jednim ili više zatvorenih cevi koje sadrže malu količinu radne tečnosti. Kada se baza zagreva, tečnost na vrućem kraju apsorbuje toplotu i isparava. Para se kreće duž cevi do hladnijeg regiona peraja, gde se kondenzuje nazad u tečnost i oslobađa toplotu u peraja. Fitilj ili slična struktura unutar cevi vraća tečnost na vrući kraj, tako da se ciklus ponavlja i brzo pomera toplotu dalje od žarišta.

• Koristite zapečaćene cevi sa radnom tečnošću za premeštanje toplote iz baze u područje peraja

• Pomozite u kontroli žarišta širenjem toplote na veću površinu

• Dozvolite da se peraja postave na određenoj udaljenosti od izvora toplote dok ga i dalje efikasno hladi

• Zavise od kontinuiranog isparavanja i kondenzacije unutar cevi za efikasan transport toplote

Dizajn hladnjaka za parnu komoru

Hladnjak za parnu komoru koristi ravnu, zapečaćenu ploču sa malom količinom tečnosti unutra. Toplota čini tečnost isparava, širi kao para, a zatim kondenzuje na hladnijim područjima. Ovo brzo širi toplotu preko baze pre nego što stigne do peraja.

• Ravna komora širi toplotu preko široke baze

• Pomaže u održavanju osnovne temperature ujednačenijom

• Smanjuje vruće tačke i poboljšava efikasnost peraja

PCB hladnjak i karakteristike odbora 

• Clip-on hladnjaki se pričvršćuju na TO-220 i slične pakete kako bi povukli toplotu iz uređaja.

• Mali SMD hladnjaci montiraju se na vrh površinskih delova kako bi se poboljšalo lokalno hlađenje na prepunim pločama.

• Termalni prolazi i široke bakarne površine na PCB-u pomažu u širenju toplote iz dela u slojeve ploče.

• Ove metode su korisne kada u blizini nema hladnjaka šasije, a komponenta mora biti ohlađena dok ostaje na ploči.

Uobičajene metode montaže hladnjaka

Zaključak 

Hladnjaci mogu izgledati jednostavno, ali njihova sposobnost hlađenja dolazi iz mnogih povezanih izbora. Način hlađenja, materijal, geometrija peraja, i način izrade podesite osnovne performanse, veličina, i trošak. Dodatne karakteristike kao što su toplotne cevi, pare komore, PCB bakarne površine, i čvrsta montaža poboljšati protok toplote kada je prostor ili snaga je čvrsto. Zajedno, ovi faktori pomažu u održavanju kola u sigurnim temperaturnim granicama i podržavaju pouzdane, stabilne toplotne performanse tokom vremena.

Često postavljana pitanja [FAK]

K1. Šta je toplotni otpor hladnjaka?

Toplotni otpor hladnjaka je porast temperature u °C za svaki vat snage (°C / V). Niža vrednost znači bolje hlađenje.

K2. Kako temperatura okoline utiče na hladnjak?

Viša temperatura okoline čini hladnjak i uređaj toplijim. Da bi temperatura uređaja bila ista, potrebno je više protoka vazduha ili bolji hladnjak.

K3. Da li boja hladnjaka utiče na hlađenje?

Boja ima mali uticaj na hlađenje. Površina peraja, protok vazduha i izbor materijala važni su mnogo više.

K4. Šta je termalni interfejs materijal (TIM)?

TIM je tanak, termički provodljiv sloj između uređaja i hladnjaka koji popunjava sitne praznine i poboljšava protok toplote.

K5. Zašto je orijentacija hladnjaka bitna u pasivnom hlađenju?

U pasivnom hlađenju, topli vazduh raste. Vertikalna peraja sa jasnim nagore put omogućavaju protok vazduha lakše i poboljšati hlađenje.

K6. Kako održavate hladnjak koji dobro radi tokom vremena?

Uklonite prašinu sa peraja i ventilatora, i uverite se da klipovi, igle ili vijci ostanu čvrsti tako da kontakt i protok vazduha ostanu dobri.