Prinsip desain termal catu daya switching daya tinggi

1. Mengapa produk elektronik membutuhkan solusi termal

Chip produk elektronik sangat terintegrasi, dengan persyaratan fungsional yang semakin banyak dan persyaratan volume yang semakin kecil. Komponen saat ini berkembang pesat menuju miniaturisasi, fungsionalitas tinggi, dan efisiensi tinggi. Komponen berperforma tinggi akan menghasilkan banyak panas pada kecepatan tinggi, dan panas ini harus segera dihilangkan untuk memastikan komponen dapat beroperasi pada suhu operasi normal. Beroperasi dengan efisiensi tertinggi. Oleh karena itu, teknologi terkait konduksi panas terus ditantang dengan perkembangan industri elektronik.

2. Jenis bahan heat sink:

Emas, perak, besi, tembaga, aluminium, paduan aluminium, lembaran silikon, dll.

3. Prinsip pembuangan panas

Bentuk pembuangan panas radiator A terutama mencakup radiasi dan konveksi.

Perpindahan panas radiasi: energi panas ditransmisikan dalam bentuk radiasi, tanpa media apa pun, dapat ditransmisikan dalam keadaan vakum, seperti energi panas matahari ditransmisikan ke bumi melalui alam semesta.

Perpindahan panas konvektif: Energi panas ditransmisikan melalui udara atau media lain, seperti radiator konveksi untuk memanaskan udara. Udara memanaskan segala sesuatu di dalam ruangan, dan pergerakan udara terutama bergantung pada pergerakan udara untuk menyebarkan energi panas.

Radiator radiasi dalam pengertian tradisional mengacu pada radiator yang memperhitungkan bagian relatif dari pembuangan panas total. Saat ini, radiator berseri yang paling umum adalah besi tuang, radiator kolom baja, dan radiator komposit tembaga-aluminium. Dan seterusnya, di antara mereka, energi panas yang ditransmisikan oleh radiasi hanya menyumbang 30 persen , dan 70 persen energi panas lainnya ditransmisikan secara konveksi. Radiator konveksi adalah radiator yang pada dasarnya tidak memiliki pertukaran panas radiasi (atau sangat kecil), seperti radiator konveksi tabung tembaga goreng. Ini memanas lebih nyaman dan lebih cepat daripada radiator radian.

B. Metode pembuangan panas meliputi pembuangan panas radiasi, pembuangan panas konduksi, pembuangan panas konveksi, dan pembuangan panas evaporatif.

Panas yang dihasilkan oleh berbagai jaringan dan organ tubuh didistribusikan secara merata ke seluruh bagian tubuh bersama dengan peredaran darah. Saat darah mengalir melalui pembuluh darah kulit, 90 persen dari total panas dibuang oleh kulit, sehingga kulit merupakan bagian utama tubuh yang membuang panas. Ada juga sebagian kecil dari panas, yang dikeluarkan dari tubuh melalui paru-paru, ginjal dan saluran pencernaan melalui pernapasan, urin, dan feses.

(1) Cara pembuangan panas - terutama secara fisik

1. Radiasi Radiasi berarti tubuh membuang panas dengan memancarkan sinar infra merah. Ketika suhu kulit lebih tinggi dari suhu sekitar, panas tubuh dihamburkan oleh radiasi. Pembuangan panas radiasi terkait dengan faktor-faktor seperti suhu kulit, suhu sekitar dan area radiasi efektif tubuh. Secara umum, pembuangan panas radiasi menyumbang 40 persen dari total pembuangan panas. Tentu saja, jika suhu sekitar lebih tinggi dari suhu kulit, tubuh akan menyerap panas radiasi. Pekerja baja bekerja di depan tungku, seperti halnya petani yang bekerja di ladang di bawah matahari di musim panas.

2. Konduksi dan Konveksi Konduksi adalah cara tubuh membuang panas dengan mentransfer energi kinetik molekul. Ketika tubuh manusia bersentuhan langsung dengan benda-benda yang lebih dingin dari kulit (seperti pakaian, tempat tidur, kursi, dll.), Panas dipindahkan dari tubuh ke benda-benda tersebut. Secara klinis, penggunaan tutup es, kompres es dan metode lain untuk mendinginkan pasien demam tinggi menggunakan prinsip ini.

C, pertukaran panas antara radiator dan lingkungan

Setelah panas dipindahkan ke bagian atas radiator, panas yang ditransmisikan ke lingkungan sekitar perlu segera dibuang. Untuk radiator berpendingin udara, itu untuk menukar panas dengan udara di sekitarnya. Pada saat ini, panas dipindahkan antara dua media yang berbeda, dan rumus yang diikuti adalah Q= XAX ΔT, di mana ΔT adalah perbedaan suhu antara kedua media tersebut, yaitu perbedaan suhu antara radiator dan udara di sekitarnya ; dan adalah perbedaan suhu fluida. Konduktivitas termal, setelah bahan pendingin dan komposisi udara ditentukan, itu adalah nilai tetap; A yang paling penting adalah area kontak antara heat sink dan udara. Di bawah premis bahwa kondisi lain tetap tidak berubah, seperti volume heat sink, umumnya akan ada Namun, dengan mengubah bentuk radiator, meningkatkan area kontak dengan udara dan meningkatkan area pertukaran panas, ini efektif sarana untuk meningkatkan efisiensi pembuangan panas. , Untuk mencapai hal ini, luas permukaan umumnya ditingkatkan melalui desain sirip yang dilengkapi dengan kekasaran permukaan atau benang.

Setelah panas dipindahkan ke udara, suhu udara yang bersentuhan dengan heat sink akan naik dengan cepat. Pada saat ini, udara panas harus menghilangkan panas sebanyak mungkin dengan udara dingin di sekitarnya melalui pertukaran panas seperti konveksi. Untuk radiator berpendingin udara , cara terpenting adalah meningkatkan kecepatan aliran udara dan menggunakan kipas untuk mencapai konveksi paksa. Ini terutama terkait dengan desain kipas dan kecepatan angin. Efisiensi kipas radiator (seperti aliran, tekanan angin) terutama bergantung pada diameter bilah kipas, panjang aksial, kecepatan kipas, dan bentuk bilah kipas. Aliran kipas sebagian besar dalam CFM (sistem Imperial, kaki kubik/menit), dan CFM sekitar 0.028mm3/menit aliran.

Radiator aluminium murni

Radiator aluminium murni adalah radiator yang paling umum di masa-masa awal. Proses pembuatannya sederhana dan biayanya rendah. Sejauh ini, radiator aluminium murni masih menempati pangsa pasar yang cukup besar. Untuk meningkatkan area pembuangan panas siripnya, metode pemrosesan yang paling umum digunakan untuk radiator aluminium murni adalah teknologi ekstrusi aluminium, dan indikator utama untuk mengevaluasi radiator aluminium murni adalah ketebalan dasar radiator dan rasio Pin-Fin. . Pin mengacu pada ketinggian sirip heat sink, dan Fin mengacu pada jarak antara dua sirip yang berdekatan. Rasio Pin-Fin adalah tinggi Pin (tidak termasuk ketebalan alas) dibagi dengan Fin. Semakin besar rasio Pin-Fin, semakin besar area pembuangan panas radiator yang efektif, dan semakin maju teknologi ekstrusi aluminium.

Radiator tembaga murni

Konduktivitas termal tembaga adalah 1,69 kali lipat dari aluminium, jadi dengan asumsi kondisi lain yang sama, heat sink tembaga murni dapat menghilangkan panas dari sumber panas lebih cepat. Namun, tekstur tembaga menjadi masalah. Banyak "heat sink tembaga murni" yang diiklankan tidak benar-benar 100 persen tembaga. Dalam daftar tembaga, yang memiliki kandungan tembaga lebih dari 99 persen disebut tembaga bebas asam, dan tembaga tingkat berikutnya adalah tembaga Dan dengan kandungan tembaga kurang dari 85 persen . Sebagian besar heat sink tembaga murni yang ada di pasaran saat ini memiliki kandungan tembaga di antara keduanya. Kandungan tembaga dari beberapa radiator tembaga murni yang lebih rendah bahkan tidak mencapai 85 persen. Meskipun biayanya sangat rendah, konduktivitas termalnya sangat berkurang, yang memengaruhi pembuangan panas. Selain itu, tembaga juga memiliki kekurangan yang jelas, seperti biaya tinggi, pemrosesan yang sulit, dan heat sink yang terlalu banyak, yang menghambat penerapan heat sink semua-tembaga. Kekerasan tembaga merah tidak sebaik paduan aluminium AL6063, dan kinerja beberapa pemrosesan mekanis (seperti alur) tidak sebaik aluminium; titik leleh tembaga jauh lebih tinggi daripada aluminium, yang tidak kondusif untuk pembentukan ekstrusi (Ekstrusi) dan sebagainya.

Meskipun bahan heat sink yang paling umum digunakan adalah paduan tembaga dan aluminium, paduan aluminium mudah diproses dan berbiaya rendah, dan merupakan bahan yang paling banyak digunakan. Konduktivitas termal tembaga yang lebih tinggi membuat kemampuan penyerapan panas seketika lebih baik daripada paduan aluminium. Kecepatannya lebih lambat dari paduan aluminium. Oleh karena itu, tidak peduli tembaga murni, aluminium murni, atau radiator paduan aluminium, ada kesalahan fatal: karena hanya satu bahan yang digunakan, meskipun kapasitas pembuangan panas dasar dapat memenuhi kebutuhan pembuangan panas ringan, namun tidak dapat menyeimbangkan konduksi panas dengan baik. . Dua persyaratan kapasitas dan kapasitas panas agak kewalahan pada saat-saat dengan persyaratan pembuangan panas yang tinggi.

Teknologi ikatan tembaga-aluminium

Setelah mempertimbangkan kekurangan tembaga dan aluminium masing-masing, beberapa radiator kelas atas di pasar sering menggunakan proses pembuatan kombinasi tembaga-aluminium. Heat sink ini biasanya menggunakan dasar logam tembaga, sedangkan sirip heat sink terbuat dari paduan aluminium. Tentu saja, selain basis tembaga, ada juga metode seperti penggunaan pilar tembaga untuk heat sink, yang prinsipnya juga sama. Dengan konduktivitas termal yang tinggi, permukaan bawah tembaga dapat dengan cepat menyerap panas yang dikeluarkan oleh CPU; sirip aluminium dapat dibuat menjadi bentuk yang paling disukai untuk pembuangan panas melalui proses yang rumit, dan menyediakan ruang penyimpanan panas yang besar dan melepaskannya dengan cepat. Keseimbangan telah ditemukan di semua aspek.

Panas dibuang dari inti CPU ke permukaan heat sink, yang merupakan proses konduksi panas. Untuk alas unit pendingin, karena bersentuhan langsung dengan area kecil sumber panas tinggi, alas harus dapat dengan cepat menghantarkan panas. Penggunaan material dengan konduktivitas termal yang lebih tinggi untuk heat sink sangat membantu untuk meningkatkan konduktivitas termal. Dapat dilihat dari tabel perbandingan sistem konduksi panas, misalnya konduktivitas termal aluminium adalah 237W/mK, dan konduktivitas termal tembaga adalah 401W/mK. Membandingkan radiator dengan volume yang sama, berat tembaga 3 kali berat aluminium, sedangkan panas spesifik aluminium 3 kali lipat. Ini hanya 2,3 kali lipat dari tembaga, jadi dengan volume yang sama, radiator tembaga dapat menahan lebih banyak panas daripada radiator aluminium dan memanas lebih lambat. Dengan ketebalan dasar heat sink yang sama, tembaga tidak hanya dapat dengan cepat menghilangkan suhu sumber panas seperti CPU Die, tetapi juga kenaikan suhunya sendiri lebih lambat dibandingkan dengan heat sink aluminium. Oleh karena itu, tembaga lebih cocok untuk membuat permukaan bawah heat sink.

Namun, kombinasi kedua logam ini relatif sulit, dan afinitas antara tembaga dan aluminium buruk. resistensi termal). Dalam desain dan manufaktur yang sebenarnya, pabrikan selalu berusaha untuk mengurangi hambatan termal antarmuka sebanyak mungkin dan menghindari kelemahan, yang seringkali mencerminkan kemampuan desain dan proses manufaktur pabrikan.

4. Media termal - gel silika konduktif termal.

A. Apa itu ketahanan termal?

Apa yang disebut "tahan panas" (tahan panas) mengacu pada parameter komprehensif yang mencerminkan kemampuan untuk mencegah perpindahan panas. Konsep resistansi termal sangat mirip dengan resistansi, dan unitnya juga serupa - derajat / W, yaitu perbedaan suhu antara kedua ujung jalur konduksi panas ketika daya perpindahan panas terus menerus dari objek adalah 1W .

B. Hambatan termal udara adalah yang terbesar di alam, dan nilainya mendekati 0.03W/mK;

C. Isi celah antara badan pemanas dan heat sink logam untuk mengurangi udara, sehingga badan pemanas dan heat sink menunjukkan pembuangan panas konveksi langsung.

D. Lembaran silikon konduktif termal juga dapat menghilangkan panas secara tidak langsung, yaitu terpapar di luar, sehingga disebut heat sink.

Sinda Thermal adalah produsen heat sink terkemuka, kami memiliki tim ahli termal dan banyak fasilitas dan peralatan yang tepat, kami dapat memberikan penawaran paling kompetitif dan heat sink berkualitas tinggi. Silakan hubungi kami dengan bebas jika Anda memiliki persyaratan termal.