עיקרון עיצוב תרמי של אספקת כוח מיתוג גבוהה

1. מדוע המוצרים האלקטרוניים צריכים פתרון תרמי

השבבים של מוצרים אלקטרוניים משולבים מאוד, עם יותר ויותר דרישות פונקציונליות ודרישות נפח קטן יותר ויותר. הרכיבים של היום מתפתחים במהירות לקראת מזעור, פונקציונליות גבוהה ויעילות גבוהה. רכיבים בעלי ביצועים גבוהים ייצרו חום רב במהירויות גבוהות, ויש להסיר את החום הזה באופן מיידי כדי להבטיח שהרכיבים יוכלו לפעול בטמפרטורות עבודה רגילות. פעל ביעילות הגבוהה ביותר. לכן, הטכנולוגיה הקשורה להולכת חום מאותגרת כל הזמן עם התפתחות התעשייה האלקטרונית.

2. סוגי חומרים לגוף קירור:

זהב, כסף, ברזל, נחושת, אלומיניום, סגסוגת אלומיניום, יריעות סיליקון וכו'.

3. עקרון פיזור החום

צורת פיזור החום של רדיאטור כוללת בעיקר קרינה והסעה.

העברת חום קרינה: אנרגיית החום מועברת בצורה של קרינה, ללא כל מדיום, היא יכולה להיות מועברת במצב ואקום, כמו אנרגיית החום של השמש מועברת לכדור הארץ דרך היקום.

העברת חום הסעה: אנרגיית חום מועברת דרך אוויר או מדיה אחרת, כגון רדיאטורים הסעה לחימום האוויר. האוויר מחמם כל דבר בחדר, ותנועת האוויר מסתמכת בעיקר על תנועת האוויר לפיזור אנרגיית החום.

רדיאטורי קרינה במובן המסורתי מתייחסים לרדיאטורים המהווים חלק יחסי מסך פיזור החום. כיום, הרדיאטורים הקרניים האופייניים ביותר הם ברזל יצוק, רדיאטורים עמודי פלדה ורדיאטורים מרוכבים מנחושת-אלומיניום. וכן הלאה, ביניהם, אנרגיית החום המועברת על ידי קרינה מהווה רק 30 אחוז, ושאר 70 אחוז אנרגיית החום מועברת בהסעה. רדיאטור ההסעה הוא רדיאטור ללא חילופי חום קרינה בעצם (או קטן מאוד), כמו רדיאטור ההסעה של צינור נחושת מטוגן. הוא מתחמם בצורה נוחה ומהירה יותר מרדיאטור קורן.

ב. שיטות פיזור החום כוללות פיזור חום קרינה, פיזור חום הולכה, פיזור חום בהסעה ופיזור חום באידוי.

החום שנוצר על ידי רקמות ואיברים שונים בגוף מופץ באופן שווה לכל חלקי הגוף יחד עם מחזור הדם. כאשר הדם זורם דרך כלי הדם של העור, 90 אחוז מכלל החום מתפזר על ידי העור, כך שהעור הוא החלק העיקרי בגוף לפיזור חום. יש גם חלק קטן מהחום, שמתפזר מהגוף דרך הריאות, הכליות ומערכת העיכול עם הנשימה, השתן והצואה.

(1) דרך פיזור החום - בעיקר הדרך הפיזית

1. קרינה קרינה פירושה שהגוף מפזר חום על ידי פליטת קרני אינפרא אדום. כאשר טמפרטורת העור גבוהה מטמפרטורת הסביבה, חום הגוף מתפזר על ידי קרינה. פיזור חום קרינה קשור לגורמים כמו טמפרטורת העור, טמפרטורת הסביבה ואזור קרינה יעיל בגוף. באופן כללי, פיזור חום קרינה מהווה 40 אחוז מסך פיזור החום. כמובן שאם טמפרטורת הסביבה גבוהה מטמפרטורת העור, הגוף יספוג חום קורן. עובדי פלדה עובדים מול תנורים, וכך גם חקלאים העובדים בשדות מתחת לשמש בקיץ החם.

2. הולכה והסעה הולכה היא הדרך בה הגוף מפזר חום על ידי העברת אנרגיה קינטית מולקולרית. כאשר גוף האדם נמצא במגע ישיר עם חפצים קרירים יותר מהעור (כגון בגדים, מיטות, כיסאות וכו'), מועבר חום מהגוף לחפצים אלו. מבחינה קלינית, השימוש בכובעי קרח, שקיות קרח ושיטות אחרות לקירור חולים עם חום גבוה עושה שימוש בעקרון זה.

C, חילופי החום בין הרדיאטור לסביבה

לאחר העברת החום לחלק העליון של הרדיאטור, יש צורך לפזר את החום המועבר לסביבה הסובבת בהקדם האפשרי. עבור הרדיאטור המקורר באוויר, זה להחליף חום עם האוויר שמסביב. בשלב זה, חום מועבר בין שני מדיה שונים, והנוסחה שאחריה היא Q= XAX ΔT, כאשר ΔT הוא הפרש הטמפרטורה בין שני המדיה, כלומר הפרש הטמפרטורה בין הרדיאטור לאוויר הסובב ; והוא הפרש הטמפרטורה של הנוזל. מוליכות תרמית, לאחר קביעת החומר של גוף הקירור והרכב האוויר, זהו ערך קבוע; ה-A החשוב ביותר הוא אזור המגע בין גוף הקירור לאוויר. בהנחה שתנאים אחרים נשארים ללא שינוי, כמו נפח גוף הקירור, יהיו בדרך כלל. אולם, על ידי שינוי צורת הרדיאטור, הגדלת שטח המגע עם האוויר והגדלת שטח חילופי החום, זה יעיל אמצעים לשיפור יעילות פיזור החום. , כדי להשיג זאת, שטח הפנים גדל בדרך כלל באמצעות עיצוב סנפיר בתוספת חיספוס פני השטח או חוטים.

לאחר העברת החום לאוויר, טמפרטורת האוויר במגע עם גוף הקירור תעלה במהירות. בזמן זה, האוויר החם צריך לקחת את החום ככל האפשר עם האוויר הקר שמסביב באמצעות חילופי חום כגון הסעה. עבור רדיאטורים מקוררי אוויר, האמצעי החשוב ביותר הוא להגביר את מהירות זרימת האוויר ולהשתמש במאוורר כדי להשיג הסעה מאולצת. זה קשור בעיקר לעיצוב המאוורר ולמהירות הרוח. יעילות מאוורר הרדיאטור (כגון זרימה, לחץ רוח) תלויה בעיקר בקוטר להב המאוורר, באורך הצירי, במהירות המאוורר ובצורת להב המאוורר. זרימת המאוורר היא בעיקר ב-CFM (מערכת אימפריאלית, רגל מעוקב/דקה), ו-CFM הוא בערך 0.028mm3/דקה זרימה.

רדיאטור אלומיניום טהור

רדיאטור אלומיניום טהור הוא הרדיאטור הנפוץ ביותר בימים הראשונים. תהליך הייצור שלו פשוט והעלות נמוכה. עד כה, רדיאטור אלומיניום טהור עדיין תופס חלק ניכר מהשוק. על מנת להגדיל את שטח פיזור החום של סנפיריו, שיטת העיבוד הנפוצה ביותר לרדיאטורים מאלומיניום טהור היא טכנולוגיית שחול אלומיניום, והאינדיקטורים העיקריים להערכת רדיאטור אלומיניום טהור הם עובי בסיס הרדיאטור ויחס Pin-Fin . Pin מתייחס לגובה הסנפירים של גוף הקירור, ו-Fin מתייחס למרחק בין שני סנפירים סמוכים. יחס Pin-Fin הוא גובה הסיכה (לא כולל עובי הבסיס) חלקי סנפיר. ככל שיחס Pin-Fin גדול יותר, כך שטח פיזור החום האפקטיבי של הרדיאטור גדול יותר, וטכנולוגיית שחול האלומיניום מתקדמת יותר.

רדיאטור נחושת טהור

המוליכות התרמית של נחושת היא פי 1.69 מזו של אלומיניום, כך שבהנחה של תנאים אחרים זהים, גופי קירור מנחושת טהורים יכולים לקחת חום ממקור החום מהר יותר. עם זאת, המרקם של נחושת הוא בעיה. רבים המפורסמים של "גוף קירור נחושת טהור" אינם באמת 100 אחוז נחושת. ברשימת הנחושת, אלה עם תכולת נחושת של יותר מ-99 אחוז נקראים נחושת נטולת חומצה, והדרגה הבאה של נחושת היא נחושת דן עם תכולת נחושת של פחות מ-85 אחוז. לרוב גופי הקירור הנחושת הטהורה בשוק יש כיום תכולת נחושת בין השניים. תכולת הנחושת של כמה רדיאטורים נחושת טהורה נחותים היא אפילו לא 85 אחוז. למרות שהעלות נמוכה מאוד, המוליכות התרמית שלו מופחתת מאוד, מה שמשפיע על פיזור החום. בנוסף, לנחושת יש גם חסרונות ברורים, כגון עלות גבוהה, עיבוד קשה ומסה גדולה מדי של גוף הקירור, המעכבים את היישום של גופי קירור שכולו נחושת. הקשיות של נחושת אדומה אינה טובה כמו זו של סגסוגת אלומיניום AL6063, והביצועים של עיבוד מכני כלשהו (כגון חריצים) אינם טובים כמו אלו של אלומיניום; נקודת ההיתוך של נחושת גבוהה בהרבה מזו של אלומיניום, שאינה תורמת להיווצרות שחול (ExtrusiON) וכן הלאה.

למרות שהחומרים הנפוצים ביותר לגוף הקירור הם סגסוגות נחושת ואלומיניום, סגסוגות אלומיניום קלות לעיבוד ובעלות נמוכה, והן החומרים הנפוצים ביותר. המוליכות התרמית הגבוהה יותר של נחושת הופכת את יכולת ספיגת החום המיידית שלה לטובה יותר מזו של סגסוגות אלומיניום. המהירות איטית יותר מזו של סגסוגת אלומיניום. לכן, לא משנה נחושת טהורה, אלומיניום טהור או רדיאטור מסגסוגת אלומיניום, יש פגם קטלני: מכיוון שמשתמשים רק בחומר אחד, למרות שיכולת פיזור החום הבסיסית יכולה לענות על הצרכים של פיזור חום מתון, היא לא יכולה לאזן היטב את הולכת החום. . שתי הדרישות של קיבולת וקיבולת חום מוצפות במקצת במקרים עם דרישות פיזור חום גבוהות.

טכנולוגיית התקשרות נחושת-אלומיניום

לאחר ששקלנו את החסרונות המתאימים של נחושת ואלומיניום, כמה רדיאטורים מתקדמים בשוק משתמשים לעתים קרובות בתהליכי ייצור בשילוב נחושת-אלומיניום. גופי קירור אלו משתמשים בדרך כלל בבסיסי מתכת נחושת, בעוד שכנפי גוף קירור עשויים מסגסוגת אלומיניום. כמובן, בנוסף לבסיס הנחושת ישנן גם שיטות כמו שימוש בעמודי נחושת לגוף הקירור, שגם זה אותו עיקרון. עם מוליכות תרמית גבוהה, משטח הנחושת התחתון יכול לספוג במהירות את החום שמשחרר המעבד; ניתן להפוך את סנפירי האלומיניום לצורה הטובה ביותר לפיזור חום באמצעות תהליכים מורכבים, ולספק שטח אחסון חום גדול ולשחרר אותו במהירות. נמצא איזון בכל ההיבטים.

החום מתפזר מליבת המעבד אל פני השטח של גוף הקירור, שהוא תהליך הולכת חום. עבור בסיס גוף הקירור, מכיוון שהוא נמצא במגע ישיר עם אזור קטן של מקור חום גבוה, נדרש שהבסיס יוכל להוליך חום במהירות. השימוש בחומרים בעלי מוליכות תרמית גבוהה יותר עבור גוף הקירור עוזר מאוד לשיפור המוליכות התרמית. ניתן לראות מטבלת ההשוואה של מערכת הולכת חום כי, למשל, המוליכות התרמית של אלומיניום היא 237W/mK, והמוליכות התרמית של נחושת היא 401W/mK. בהשוואה לרדיאטורים באותו נפח, משקל הנחושת הוא פי 3 מזה של האלומיניום, בעוד שהחום הסגולי של האלומיניום הוא פי 3. הוא רק פי 2.3 מנחושת, כך שתחת אותו נפח, רדיאטור נחושת יכול להחזיק יותר חום מאשר רדיאטור אלומיניום ולהתחמם לאט יותר. עם אותו עובי של בסיס גוף הקירור, נחושת יכולה לא רק להסיר במהירות את הטמפרטורה של מקורות חום כמו CPU Die, אלא גם עליית הטמפרטורה שלה היא איטית יותר מזו של גופי קירור מאלומיניום. לכן, נחושת מתאימה יותר להכנת המשטח התחתון של גוף הקירור.

עם זאת, השילוב של שתי מתכות אלו קשה יחסית, והזיקה בין נחושת לאלומיניום ירודה. התנגדות תרמית). בתכנון וייצור בפועל, היצרנים תמיד מנסים להפחית ככל האפשר את ההתנגדות התרמית של הממשק ולהימנע מחולשות, המשקפות לרוב את יכולות התכנון ותהליכי הייצור של היצרן.

4. מדיום תרמי - סיליקה ג'ל מוליך תרמית.

א. מהי התנגדות תרמית?

מה שמכונה "התנגדות תרמית" (התנגדות תרמית) מתייחס לפרמטר מקיף המשקף את היכולת למנוע העברת חום. הרעיון של התנגדות תרמית דומה מאוד לזה של התנגדות, והיחידה דומה גם היא - תואר /W, כלומר הפרש הטמפרטורה בין שני קצוות מסלול הולכת החום כאשר כוח העברת החום הרציף של האובייקט הוא 1W .

ב. ההתנגדות התרמית של האוויר היא הגדולה ביותר בטבע, וערכה קרוב ל-0.03W/mK;

ג. מלא את הרווח בין גוף החימום לגוף הקירור המתכתי כדי להפחית את האוויר, כך שגוף החימום וגוף הקירור יראו פיזור חום ישיר בהסעה.

ד. יריעת הסיליקון המוליכה תרמית יכולה גם לפזר חום בעקיפין, כלומר, היא חשופה בחוץ, ולכן היא נקראת גוף קירור.

Sinda Thermal היא יצרנית מובילה של גופי קירור, בבעלותנו צוות של מומחי תרמיות ומתקנים וציוד מדויקים רבים, אנו יכולים לקבל את הצעת המחיר התחרותית ביותר וגוף קירור באיכות מעולה. אנא פנה אלינו באופן חופשי אם יש לך דרישות תרמיות כלשהן.