Termisk designprincip för strömförsörjning med hög effekt
1. Varför de elektroniska produkterna behöver termisk lösning
Chips av elektroniska produkter är mycket integrerade, med fler och fler funktionskrav och mindre och mindre volymkrav. Dagens komponenter utvecklas snabbt mot miniatyrisering, hög funktionalitet och hög effektivitet. Högpresterande komponenter kommer att generera mycket värme vid höga hastigheter, och denna värme måste avlägsnas omedelbart för att säkerställa att komponenterna kan fungera vid normala driftstemperaturer. Arbeta med högsta effektivitet. Därför utmanas den relaterade tekniken för värmeledning ständigt med utvecklingen av den elektroniska industrin.
2. Typer av kylflänsmaterial:
Guld, silver, järn, koppar, aluminium, aluminiumlegering, silikonplåt, etc.
3. Principen för värmeavledning
Värmeavledningsformen för en radiator innefattar huvudsakligen strålning och konvektion.
Strålningsvärmeöverföring: värmeenergi överförs i form av strålning, utan något medium kan den överföras i ett vakuumtillstånd, som att solens värmeenergi överförs till jorden genom universum.
Konvektiv värmeöverföring: Värmeenergi överförs genom luft eller andra medier, såsom konvektionsradiatorer för att värma luften. Luften värmer allt i rummet, och luftrörelsen förlitar sig främst på luftens rörelse för att sprida värmeenergin.
Med strålningsradiatorer i traditionell mening avses radiatorer som står för en relativ andel av den totala värmeavledningen. För närvarande är de mest typiska strålningsradiatorerna gjutjärn, stålpelarradiatorer och kompositradiatorer av koppar-aluminium. Och så vidare, bland dem, står värmeenergin som överförs av strålning endast för 30 procent, och de andra 70 procent värmeenergin överförs genom konvektion. Konvektionsradiatorn är en radiator med i princip ingen strålningsvärmeväxling (eller mycket liten), såsom Fried Copper tube convection radiator. Den värms upp bekvämare och snabbare än en radiator.
B. Metoderna för värmeavledning inkluderar strålningsvärmeavledning, ledningsvärmeavledning, konvektionsvärmeavledning och evaporativ värmeavledning.
Värmen som genereras av olika vävnader och organ i kroppen fördelas jämnt till alla delar av kroppen tillsammans med blodcirkulationen. När blod strömmar genom hudens blodkärl, avleds 90 procent av den totala värmen av huden, så huden är huvuddelen av kroppen för att avleda värme. Det finns också en liten del av värmen, som avleds från kroppen genom lungor, njurar och mag-tarmkanalen med andning, urin och avföring.
(1) Sättet för värmeavledning - främst det fysiska sättet
1. Strålning Strålning innebär att kroppen avleder värme genom att sända ut infraröda strålar. När hudtemperaturen är högre än omgivningstemperaturen avleds kroppens värme genom strålning. Strålningsvärmeavledning är relaterad till faktorer som hudtemperatur, omgivningstemperatur och effektiv strålningsområde på kroppen. I allmänhet står strålningsvärmeavledningen för 40 procent av den totala värmeavledningen. Naturligtvis, om den omgivande temperaturen är högre än hudtemperaturen, kommer kroppen att absorbera strålningsvärme. Stålarbetare arbetar framför ugnar, liksom bönder som arbetar på fälten under solen under den varma sommaren.
2. Konduktion och konvektion Konduktion är hur kroppen avleder värme genom att överföra molekylär kinetisk energi. När människokroppen är i direkt kontakt med föremål som är kallare än huden (som kläder, sängar, stolar etc.) överförs värme från kroppen till dessa föremål. Kliniskt använder användningen av iskapslar, ispåsar och andra metoder för att kyla patienter med hög feber denna princip.
C, värmeväxlingen mellan radiatorn och omgivningen
Efter att värmen har överförts till toppen av radiatorn är det nödvändigt att sprida den överförda värmen till den omgivande miljön så snart som möjligt. För den luftkylda radiatorn är det för att utbyta värme med omgivande luft. Vid denna tidpunkt överförs värme mellan två olika medier, och formeln som följs är Q= XAX ΔT, där ΔT är temperaturskillnaden mellan de två medierna, det vill säga temperaturskillnaden mellan radiatorn och den omgivande luften ; och är vätskans temperaturskillnad. Värmeledningsförmåga, efter att kylflänsmaterialet och luftsammansättningen har bestämts, är det ett fast värde; det viktigaste A är kontaktytan mellan kylflänsen och luften. Under förutsättningen att andra förhållanden förblir oförändrade, såsom kylflänsens volym, kommer det i allmänhet att finnas. Genom att ändra formen på radiatorn, öka kontaktytan med luften och öka värmeväxlingsarean är det ett effektivt innebär att förbättra värmeavledningseffektiviteten. , För att uppnå detta ökas ytan i allmänhet med hjälp av fendesign kompletterad med ytuppruggning eller gängor.
Efter att värmen har överförts till luften kommer temperaturen på luften i kontakt med kylflänsen att stiga snabbt. Vid denna tidpunkt ska den varma luften ta bort värmen så mycket som möjligt med den omgivande kalla luften genom värmeväxling såsom konvektion. För luftkylda radiatorer är det viktigaste sättet att öka hastigheten på luftflödet och använda en fläkt för att uppnå forcerad konvektion. Detta är främst relaterat till utformningen av fläkten och vindhastigheten. Kylarfläktens effektivitet (som flöde, vindtryck) beror huvudsakligen på fläktbladets diameter, den axiella längden, fläktens hastighet och formen på fläktbladet. Fläktens flöde är mestadels i CFM (Imperial system, kubikfot/minut), och en CFM är cirka 0.028 mm3/minut flöde.
Radiator i ren aluminium
Ren aluminiumradiator är den vanligaste radiatorn i början. Dess tillverkningsprocess är enkel och kostnaden är låg. Än så länge upptar ren aluminiumradiator fortfarande en betydande del av marknaden. För att öka värmeavledningsytan för dess fenor är den vanligaste bearbetningsmetoden för rena aluminiumradiatorer aluminiumsträngsprutningsteknik, och de viktigaste indikatorerna för att utvärdera en ren aluminiumradiator är tjockleken på radiatorbasen och Pin-Fin-förhållandet . Pin hänvisar till höjden på kylflänsen, och Fin hänvisar till avståndet mellan två intilliggande fenor. Pin-Fin-förhållandet är höjden på stiftet (exklusive tjockleken på basen) dividerat med fenan. Ju större Pin-Fin-förhållande, desto större är radiatorns effektiva värmeavledningsyta, och desto mer avancerad är aluminiumextruderingstekniken.
Ren kopparradiator
Värmeledningsförmågan för koppar är 1,69 gånger högre än för aluminium, så under förutsättningen att andra förhållanden är desamma kan rena kopparkylflänsar ta bort värmen från värmekällan snabbare. Koppars struktur är dock ett problem. Många annonserade "rena koppar kylflänsar" är inte riktigt 100 procent koppar. I listan över koppar kallas de med en kopparhalt på mer än 99 procent syrafri koppar, och nästa kopparklass är Dan-koppar med en kopparhalt på mindre än 85 procent. De flesta kylflänsar av ren koppar på marknaden har för närvarande en kopparhalt mellan de två. Kopparhalten i vissa sämre radiatorer av ren koppar är inte ens 85 procent. Även om kostnaden är mycket låg, reduceras dess värmeledningsförmåga kraftigt, vilket påverkar värmeavledningen. Dessutom har koppar också uppenbara brister, såsom höga kostnader, svår bearbetning och för mycket massa av kylflänsen, vilket hindrar appliceringen av helkoppar kylflänsar. Hårdheten hos röd koppar är inte lika bra som för aluminiumlegering AL6063, och prestandan för viss mekanisk bearbetning (som räfflor) är inte lika bra som aluminium; smältpunkten för koppar är mycket högre än för aluminium, vilket inte bidrar till extrudering (ExtrusiON) och så vidare.
Även om de mest använda kylflänsmaterialen är koppar och aluminiumlegeringar, är aluminiumlegeringar lätta att bearbeta och låga i kostnad, och är de mest använda materialen. Den högre värmeledningsförmågan hos koppar gör dess omedelbara värmeabsorptionsförmåga bättre än hos aluminiumlegeringar. Hastigheten är lägre än för aluminiumlegering. Därför, oavsett ren koppar, ren aluminium eller aluminiumlegering radiator, finns det ett fatalt fel: eftersom endast ett material används, även om den grundläggande värmeavledningskapaciteten kan uppfylla behoven av mild värmeavledning, kan den inte balansera värmeledningen. . De två kraven på kapacitet och värmekapacitet är något överväldigade vid tillfällen med höga krav på värmeavledning.
Koppar-aluminiumbindningsteknik
Efter att ha övervägt de respektive bristerna hos koppar och aluminium, använder vissa avancerade radiatorer på marknaden ofta koppar-aluminium-kombinationstillverkningsprocesser. Dessa kylflänsar använder vanligtvis kopparmetallbaser, medan kylflänsar är gjorda av aluminiumlegering. Givetvis finns det förutom kopparbasen även metoder som att använda kopparpelare för kylflänsen, vilket också är samma princip. Med hög värmeledningsförmåga kan kopparbottenytan snabbt absorbera värmen som släpps ut av CPU; aluminiumflänsarna kan göras till den mest gynnsamma formen för värmeavledning med hjälp av komplexa processer, och ger ett stort värmelagringsutrymme och frigör det snabbt. En balans har hittats i alla aspekter.
Värmen avleds från CPU-kärnan till ytan av kylflänsen, vilket är en värmeledningsprocess. För basen av kylflänsen, eftersom den är i direkt kontakt med ett litet område med hög värmekälla, krävs det att basen snabbt kan leda bort värme. Användningen av material med högre värmeledningsförmåga för kylflänsen är till stor hjälp för att förbättra värmeledningsförmågan. Det kan ses från jämförelsetabellen för värmeledningssystem att till exempel värmeledningsförmågan för aluminium är 237W/mK, och värmeledningsförmågan för koppar är 401W/mK. Om man jämför radiatorer med samma volym, är kopparns vikt 3 gånger den för aluminium, medan den specifika värmen för aluminium är 3 gånger. Den är bara 2,3 gånger så stor som koppar, så under samma volym kan en kopparradiator hålla mer värme än en aluminiumradiator och värmas upp långsammare. Med samma tjocklek på kylflänsbasen kan koppar inte bara snabbt ta bort temperaturen på värmekällor som CPU Die, utan även dess egen temperaturökning är långsammare än den för aluminiumkylflänsar. Därför är koppar mer lämplig för att göra bottenytan på kylflänsen.
Kombinationen av dessa två metaller är dock relativt svår, och affiniteten mellan koppar och aluminium är dålig. termisk resistans). I själva konstruktionen och tillverkningen försöker tillverkarna alltid minska gränssnittets termiska motstånd så mycket som möjligt och undvika svagheter, vilket ofta återspeglar tillverkarens designmöjligheter och tillverkningsprocesser.
4. Termiskt medium - termiskt ledande silikagel.
a. Vad är termiskt motstånd?
Det så kallade "termiska motståndet" (termiskt motstånd) avser en omfattande parameter som återspeglar förmågan att förhindra värmeöverföring. Konceptet med termiskt motstånd är mycket likt motståndet, och enheten är också liknande - grad /W, det vill säga temperaturskillnaden mellan de två ändarna av värmeledningsbanan när objektets kontinuerliga värmeöverföringseffekt är 1W .
b. Luftens termiska motstånd är det största i naturen och dess värde är nära 0.03W/mK;
c. Fyll gapet mellan värmekroppen och metallkylflänsen för att minska luften, så att värmekroppen och kylflänsen visar direkt konvektionsvärmeavledning.
d. Det värmeledande silikonskiktet kan också avleda värme indirekt, det vill säga att det är exponerat utanför, så det kallas en kylfläns.
Sinda Thermal är en ledande tillverkare av kylflänsar, vi äger ett team av termiska experter och många exakta faciliteter och utrustning, vi kan erbjuda den mest konkurrenskraftiga offerten och kylflänsar av hög kvalitet. Kontakta oss fritt om du har några termiska krav.
