Isang Maikling Pagsusuri sa Disenyo at Paggawa ng Heat Sink

Huling na-update:09/01;Oras ng pagbabasa: 6 min

Heat sink

Ang heat sink ay isang thermodynamic device na nag-aalis ng init mula sa mekanikal, elektrikal, at elektronikong mga sistema.Sa iba't ibang device at machine, mahalagang panatilihin ang hanay ng temperatura sa loob ng isang partikular na limitasyon upang mapanatili ang functionality ng device o machine na iyon.Dito pumapasok ang papel ng mga heat-sink.Halimbawa, ang mabigat na makinarya ng iyong laptop sa iba't ibang industriya ay kailangang mawala ang init nito.Kaya isipin kung gaano kalawak ang paggamit nito sa mundo ng teknolohiya ngayon.Ang mga heat sink ay nag-aalis ng init sa pamamagitan ng paglilipat nito sa isang regulated medium, tulad ng hangin o likido, at pagkatapos ay itapon mula sa apparatus at sa paglipat ng medium.

Ang artikulong ito ay maikling dadaan sapagtatrabaho ng heat sink, mga hakbang sa disenyo, at mga diskarte sa pagmamanupaktura.

Paggawa ng Heat Sink

Ang Fourier law of heat transfers, na nagsasaad na ang init ay palaging dumadaloy mula sa mataas na temperatura patungo sa mababang temperatura, ay nagbibigay ng pundasyon kung paano gumagana ang isang heat sink.Habang gumagawa ang mga device ng init, na mas mainit kaysa sa nakapaligid na hangin o likido, inililipat nila ang init na iyon sa pamamagitan ng pagpapadaloy, convection, o paminsan-minsang radiation sa mas malamig na contact.

Tingnan natin ang flow-chart sa ibaba para sa isang malinaw na larawan ng gumaganang heat-sink;

Flow-chart para sa pagtatrabaho ng heat-sink

·   Passive heat sinks

Ang mga passive heat sink ay natural na naglilipat ng hinihigop na init sa nakapaligid na hangin nang walang puwersang convection, gaya ng bentilador o sirkulasyon ng tubig sa kanilang paligid.Ang mga ito ay kadalasang malaki ang hugis at naglalaman ng hanay ng palikpik na nakalantad sa panlabas na kapaligiran.

·   Aktibong heat sink

Ang aktibong heat sink ay binubuo ng dagdag na bentilador o blower at likidong naka-set up upang alisin ang init maliban sa natural na paraan.Ang karagdagang setup na ito ay nagdaragdag sa proseso ng pag-alis ng init sa pamamagitan ng sapilitang proseso ng convection.Halimbawa, kapag umaandar ang bentilador, pinapataas nito ang bilis ng hangin at mabilis na naglilipat ng init mula sa heat sink patungo sa nakapaligid na kapaligiran.

Pagkalkula ng thermal resistance

Sa panahon ng Pagdidisenyo ng isang heat sink, ang pagkalkula ng kabuuang thermal resistance (R_hs) gumaganap ng mahalagang papel sa pag-unawa sa potensyal na pagganap at kahusayan, kaya tingnan natin kung paano ito makalkula;

R_hs= (T_j-T_a/P) – (R_ika-jc) – R_I

P= Kabuuang natatanggal na init

T_I= Pinakamataas na temperatura ng junction ng device sa 0C.

R_ika-jc= Junction sa case thermal resistance

T_a= Temperatura ng nakapaligid na hangin sa⁰C.

R_I= Paglaban ng materyal sa interface

R_ako= (t/L x W x K_I)

t = kapal ng materyal ng interface

K_I=Thermal conductivity ng interface na materyal

L = Haba ng pinagmumulan ng init

W =Lapad ng pinagmumulan ng init

Disenyo ng Heat Sink

Mayroong ilang mga hakbang sa pagdidisenyo.Tingnan natin ang bawat isa sa kanila sa madaling sabi.

1.          Pagpili ng materyal

Ang thermal conductivity ay isa sa mga mahahalagang katangian ng isang heat sink material dahil pinapayagan nito ang mabilis na paghahatid ng init mula sa isang heated device component patungo sa lababo at sa kapaligiran.

Ang dalawang pangunahing materyales na ginagamit sa paggawa ng mga heat sink ay tanso at aluminyo na haluang metal.Ito ay dahil mayroon silang mahusay na mga mekanikal na katangian tulad ng lakas, paglaban sa kaagnasan, tibay, at mataas na kondaktibiti ng init.Gayunpaman, bagama't ito ay medyo mahal, ang brilyante (2,000 W/m/k) ay maaaring maging perpektong materyal para sa mga heat sink sa mataas na pagganap at katumpakan na mga elektronikong aparato.

Bilang karagdagan sa mga bahagi ng electronics, ang mga baterya ng lithium-ion ay gumagawa ng pagwawaldas ng init ay kinakailangan.Sa ganoong sitwasyon, maaaring hindi ang tanso o aluminyo ang pinakamainam na materyales para sa heat sink.

Ang solusyon ng industriya ng automotiko para sa pamamahala ng init ay isang mas kamangha-manghang kondaktibiti na materyal na carbon fiber.

2.          Pag-aayos ng mga palikpik at daloy ng hangin

Ang isa pang salik na nakakaapekto sa performance ng heat sink ay ang coolant medium, na makabuluhang nakakaapekto sa rate ng heat dissipation.Samakatuwid, kapag nagtatayo ng heat sink, ang hugis, sukat, at pag-aayos ng palikpik ay mahalagang mga aspeto na dapat isaalang-alang.Ang paggamit ng parametric optimization technique ay ang pinakamahusay na opsyon upang mahanap ang perpektong mga value ng parameter upang tumugma sa mga nakasaad na paghihigpit at makamit ang mga layunin sa disenyo.

• Pagbutihin ang espasyo sa pagitan ng mga palikpik upang mapabuti ang daloy ng hangin at mabawasan ang thermal resistance.

• Dahil ang isang mas malaking lugar sa ibabaw ay nagdaragdag ng pagpapadaloy at paglipat ng init ng convection, na tumutulong sa pag-alis ng init, isaalang-alang ang pagtaas ng kapal at taas.

• Gumawa ng mas maliit na thermal boundary layer, at ang direksyon ng airflow ay idinisenyo sa perpektong anggulo na may heat sink upang mapataas ang kahusayan ng palikpik.

• Pagkatapos ihanda ang disenyo ng mga palikpik gamit ang CAD, maaari mong gayahin ang senaryo ng paglipat ng init upang ma-optimize ang kahusayan nito.

3.          Kalakip ng heat-sink

Ang paraan ng pagkakakonekta ng lababo sa heating element ng device ay nakakaapekto rin sa kung gaano ito gumagana.Piliin ang pinakamahusay na paraan ng pagkonekta na nagma-maximize sa heat transmission rate mula sa mga standoff spacer, flat spring clip, epoxy, at mga opsyon sa thermal tape.

4.          Thermal na interface

Ang mga depekto at pagkamagaspang sa ibabaw ng heat sink ay may papel sa pagtaas ng thermal resistance dahil sa pagbaba sa thermal contact area at interface pressure.Upang malampasan ang isyung ito, ang mga thermal interface na materyales ay ang pinakamahusay na pagpipilian.Ang paggamit ng mga likidong polimer, wax, aluminyo, grapayt, at mga teyp sa ibabaw ng heat sink at heating element ng mga device ay nagpapababa sa thermal resistance.

5.          Simulation

Ang simulation ng Disenyo ay mahalaga upang makita ang pagganap ng heat-sink nang halos.Ang Computer Simulation ay nagbibigay ng ideya para sa pagpapabuti at kinukumpirma ang Disenyo kung ito ay angkop para sa mga kinakailangang aplikasyon o hindi.

Proseso ng Paggawa para sa Heat Sink

Pagkatapos ng thermally simulating ang Disenyo ng mga heat sink, ngayon ay nakabukas na ito para sa produksyon.Tingnan natin ang iba't ibang proseso ng pagmamanupaktura nang detalyado;

1.          CNC-Machining

Heat sink na ginawa gamit ang CNC machining

CNC machiningay ang pinakamahusay na diskarte para sa paggawa ng heat-sink para sa mga kumplikadong hugis.Ang diskarte na ito ay nagbibigay ng maraming kakayahang umangkop sa mga taga-disenyo.Ang isang buong bloke ng metal ay ginagamit upang lumikha ng lababo kung saan ang mga kinakailangang palikpik ay pinutol gamit ang mga CNC machine at baluktot mula sa base ng bloke.Gayunpaman, ito ay isang paraan ng pag-ubos ng oras at mataas na gastos.

2.          Extrusion

Ang isa sa mga pinakakaraniwang proseso para sa paggawa ng mga heat sink aypagpilit, na kinabibilangan ng pagpindot ng mainit na billet ng ductile material sa high-strength steel die upang lumikha ng mga plate fins.Ginagamit ang mga ito para sa karamihan ng mga aplikasyon sa paglamig na kinasasangkutan ng mga aluminum heat sink.Siyempre, ang aluminyo ay ang pinaka-malawak na ginagamit na materyal para sa produksyon ng heat sink.

Heat sink na ginawa gamit ang Extrusion 

Ito ay isang mura at prangka na pamamaraan.Ang mga heat sink ay maaaring gamitin sa iba't ibang operating environment.Gayunpaman, dahil sa maximum na paghihigpit sa lapad ng extrusion, hindi ito maaaring gamitin sa mga heat sink na may malalawak na palikpik.

3.          Paghahagis

Heat sink na ginawa gamit ang Casting

Nasapaghahagisng heat-sink,aluminyo, tanso, o zinc ang mga karaniwang materyales.Sa prosesong ito, ang mga ingot ng mga napiling materyales ay unang natutunaw at ini-inject sa die ng heat-sink na may kaunting presyon.Matapos ang iniksyon na likidong materyal ay patigasin sa die, ito ay ilalabas, at higit pang minimal na machining ay ginagawa upang maalis ang anumang di-kasakdalan sa ibabaw.Pinakamainam na makakuha ng mga kumplikadong hugis na may mataas na antas ng katumpakan.

4.          Cold-forging

Heat sink na ginawa gamit ang malamig na forging

Ito ay isa pang diskarte sa pagmamanupaktura na may mataas na katumpakan para sa mga heat sink na angkop para sa aluminyo at mga haluang metal nito.Bagaman, naaangkop din ito para sa tanso at tanso.Ang cold forging ay gumagamit ng matinding pressure at nagpapa-deform ng metal na hugis sa temperatura ng kwarto upang lumikha ng mga bilog at elliptical pin para sa heat sink.Bilang karagdagan, ito ay ginagamit upang makabuo ng mga palikpik na may mataas na density, na magpapahusay sa paglipat ng init sa mga kondisyon ng high-speed airflow.

5.          3D printing

3D na naka-print na Heat Sink

Ang pagbuo ng 3D printing bilang isang paraan para sa paggawa ng mga heat sink ay nagresulta mula sa pag-unlad ng teknolohiya.Ang powder bed fusion at directed energy deposition na teknolohiya ay ang dalawang pinakasikat na paraan sa pag-print ng mga heat sink.

6.          Pagtatatak

Heat sink na gawa sa malamig na Stamping 

Angpagtatatakparaan ay ginagamit kung saan ito ay kinakailangan upang bumuo ng mga heat pipe sa loob ng mga palikpik.Pagkatapos, sa pamamagitan ng pagpindot sa mga piraso ng metal, ang mga palikpik ay ginawa.Sa mga kaso kapag ang high-speed stamping technology ay ginagamit, ito ay partikular na epektibo para sa mass manufacturing.Gayunpaman, ang presyo ay mataas.

Konklusyon

Ang mga heat sink ay mahalaga sa mekanikal, elektrikal, at elektronikong mga aparato.Sa artikulong ito, na-overview ko ang detalyadong proseso ng disenyo at pagmamanupaktura na nakatuon sa mga electronics device.Ang Disenyo ng mga heat sink ay lubos na nakakaimpluwensya sa rate ng pagkawala ng init, kaya ang bawat hakbang sa disenyo ay mahalagang sundin para sa pag-optimize ng pagganap.Higit pa rito, ang thermal Simulation pagkatapos ng pagdidisenyo ay nakakatulong upang maunawaan ang praktikal na senaryo sa pagtatrabaho at mapabuti ang Disenyo.

Dito sa ProleanHub, mayroon kaming mga designer na may higit sa isang dekada ng karanasan at mga advanced na unit sa pagmamanupaktura.Nagbibigay kami ng nangungunang mga serbisyo sa pagdidisenyo at pagmamanupaktura ng heat sink.Bilang karagdagan, ginagaya ng aming mga mekanikal na inhinyero ang Disenyo upang mapabuti ang paggana at pagganap.Sa wakas, sinusubaybayan ng aming departamento ng pagkontrol sa kalidad ang bawat hakbang sa pagmamanupaktura, kaya hindi mo kailangang ikompromiso ang aming kalidad ng serbisyo, kung kailangan mo ng paggawa ng heat sink,Makipag-ugnayan sa amin.

Mga FAQ

Paano ko mapapabuti ang kahusayan ng mga heat sink?

Maaaring tumaas ang kahusayan sa maraming paraan, kabilang ang pagpapababa ng paglaban sa init, pag-optimize ng laki, hugis, at pag-aayos ng palikpik, at pagpapabuti ng interface ng palikpik.

Ano ang pinakamahusay na materyal para sa mga heat sink?

Ang pinakamahusay na mga materyales para sa mga heat sink ay tanso at aluminyo na haluang metal.Gayunpaman, muli, ang rate ng paglipat ng init ay umaasa sa Disenyo ng heat sink.

Paano gumagana ang heat sink?

Ang mga heat sink ay ginawa mula sa mataas na thermal conductivity na materyales tulad ng tanso at aluminyo na may mga palikpik.Ito ay nakakabit sa mga pinainit na bahagi at sumisipsip ng init.Pagkatapos, ang hinihigop na init ay nawawala sa paligid sa pamamagitan ng pagpapadaloy, kombeksyon, o radiation.

Ano ang mga hakbang sa disenyo para sa mga heat sink?

Narito ang mga hakbang;

1. Pagpili ng materyal
2. pag-aayos ng hugis, sukat, at pag-aayos ng mga palikpik
3. Pag-aayos ng attachment ( Heat sink at bahagi ng device)
4. Thermal Interfacing ng mga palikpik
5. Thermal Simulation ng disenyo ng CAD

Ano ang mga karaniwang pamamaraan ng pagmamanupaktura para sa heat sink?

Ang CNC machining, casting, forging, Stamping, at 3D printing ay karaniwang mga diskarte.