Osnovna predstavitev hladilnega telesa

Z razvojem elektronske tehnologije se učinkovitost elektronskih komponent relativno izboljša, povečuje pa se tudi količina toplote.

Za ohranjanje njihovih normalnih delovnih pogojev je zelo pomembno učinkovito odvajanje toplote. Hladilnik za odvajanje toplote, ki nastane pri delovanju električnih komponent, in izboljšanje njihove delovne učinkovitosti.

Hladilnikje večinoma izdelan iz aluminijeve zlitine, medenine ali brona v obliki plošče, pločevine ali več plošč. Na primer, centralna procesna enota CPE v računalniku, napajalna cev in napajalna cev v TV-sprejemniku ter cev ojačevalnika moči v ojačevalniku moči uporabljajo hladilnike.

Vrste prenosa toplote:

1. Naravna konvekcija: tok, ki ga povzroči neenakomerno temperaturno polje tekočine brez zanašanja na zunanje sile, kot so črpalke ali ventilatorji.

2. Konvekcija s silo: Konvekcija tekočine ali plina pod vplivom zunanje sile.

(Hladilnik z ventilatorjem)

3. Tekočinsko hlajenje:Uporabite črpalko za kroženje tekočine v toplotni cevi in ​​odvajanje toplote.

(Hladilna plošča s tekočino)

Zgodovina hladilnika

Kot je znano, delovna temperatura elektronske opreme določa njeno življenjsko dobo in stabilnost. Da bi ohranili delovno temperaturo računalnika v razumnem območju, je treba izvesti odvajanje toplote. S povečanjem računalniške moči osebnih računalnikov postaja problem porabe energije in odvajanja toplote vedno bolj neizogiben problem.

Glavni viri toplote v osebnem računalniku vključujejo procesor, matično ploščo, grafično kartico in druge komponente, kot je trdi disk. Precejšen del električne energije, porabljene med njihovim delom, se bo pretvoril v toploto. Zlasti za trenutno vrhunsko grafično kartico lahko zlahka doseže porabo energije 200 W, zmogljivosti ogrevanja njenih notranjih komponent pa ni mogoče podcenjevati. Da bi zagotovili njegovo stabilno delovanje, je bolj potrebno učinkovito odvajanje toplote.

Prva generacija - doba brez koncepta odvajanja toplote

Novembra 1995 je rojstvo voodoo grafične kartice prineslo našo vizijo v svet 3D. Od takrat ima osebni računalnik skoraj enako raven zmožnosti 3D obdelave kot arkadna igra, kar ustvarja pravo dobo tehnologije 3D obdelave. Od takrat je razvoj grafičnih čipov ušel izpod nadzora. Delovna frekvenca jedra je bila povečana s 100MHz na 900MHz, hitrost polnjenja teksture pa se je povečala s 100 milijonov na sekundo na 42 milijard na sekundo (GTX480). Ob tako veliki spremembi delovanja je toplota zelo velika.

Hladilna oprema, kot je zračno hlajenje, toplotna cev in polprevodniški hladilni čip, se prav tako uporablja za grafično kartico. Danes predstavimo razvoj in trend glavne opreme za hlajenje grafičnih kartic.

Ko je bila voodoo grafična kartica prvič predstavljena, ni bilo naprav za odvajanje toplote in parametri jedra so nam bili izpostavljeni. V primerjavi s trenutno glavno grafično kartico GPE takrat ni bilo govora. Obdelovalna moč glavnega jedrnega čipa na grafični kartici je še šibkejša od trenutne omrežne kartice, zato je toplota skoraj nič in skoraj ni potrebe po odvajanju toplote.

Druga generacija - uporaba hladilnega telesa

Avgusta 1997 je NVIDIA ponovno vstopila na trg 3D grafičnih čipov in izdala NV3, to je grafični čip Riva 128. Riva 128 je 128-bitno 2D in 3D pospešeno grafično jedro s frekvenco jedra 60MHz. Ogrevanje jedra je postopoma postalo problem in uporaba hladilnega telesa je uradno vstopila na področje grafičnih kartic.

Tretja generacija -- prihod dobe hlajenja zraka in odvajanja toplote

Izid tnt2 je bil kot težka krogla v srce 3dfx. Jedrna frekvenca je 150MHz, kar podpira skoraj vse funkcije pospeševanja 3D v tistem času, vključno z 32-bitnim upodabljanjem, 24-bitnim medpomnilnikom z, anizotropnim filtriranjem, panoramskim izravnavanjem, strojno konveksno konkavno preslikavo, itd. Povečanje zmogljivosti pomeni povečanje ogrevanja, velikega napredka v tehnologiji pa ni. 0,25 mikrona se še vedno uporablja, tako da pasivna metoda hladilnega telesa ne more več izpolnjevati trenutnih zahtev, aktivni način hlajenja se začne uporabljati v grafični kartici.

Hladilni sistem twinturbo-ii (druga generacija popolnoma pokritega dvojnega turbinskega hladilnega ventilatorja), hladilna rebra popolnoma pokrivajo celotno grafično kartico. Ob zagonu bo zrak šel ven in noter skozi dva ventilatorja v eno smer, kar lahko učinkovito hitro odvzame toploto čipu in video pomnilniku. Poleg tega lahko dva ventilatorja s krogličnimi ležaji učinkovito zmanjšata hrup, kovinska mreža za odvajanje toplote pa podaljša življenjsko dobo.

Čeprav je visokohitrostni ventilator najboljši način za rešitev težave z odvajanjem toplote, nekateri prijatelji ne morejo prenesti hrupa ventilatorja, medtem ko uživajo v igrah 3D. Na srečo uporaba tehnologije toplotnih cevi le rešuje ta problem.

Na splošno je sestavljen iz jedrnega bloka za absorpcijo toplote, zadnjega bloka za absorpcijo toplote, dveh toplotnih odvodov velike površine in toplotne cevi. Kot naprava za pasivno toplotno prevodnost toplotna cev hitro prenese toploto iz odseka za absorpcijo toplote v odsek za sproščanje toplote skozi spremembo faznega stanja notranje delovne tekočine in se nato vrne v odsek za absorpcijo toplote, tako da se zanaša na notranjo kapilarno strukturo. . Kroži naprej in nazaj brez porabe energije in hrupa.

Poleg tega ima močno sposobnost toplotne prevodnosti. Uresničuje hiter prenos toplote v omejenem prostoru, da se poveča območje odvajanja toplote. Je učinkovito sredstvo za močno izboljšanje učinka pasivnega odvajanja toplote. Vendar ima ta način odvajanja toplote še vedno slabosti, ker zmogljivost odvajanja toplote ni dovolj močna in se lahko uporablja samo na kartici srednjega dela. Če naj se ta tehnologija uporablja v high-end, je treba dodati ventilator.

Načelo izračuna odvajanja toplote

Splošna metoda odvajanja toplote je namestitev naprave na hladilno telo, hladilno telo odvaja toploto v zrak, toplota pa se sčasoma odvaja z naravno konvekcijo.

Na splošno lahko toplotni tok (P) od radiatorja do zraka predstavimo z naslednjim:

V formuli P=HA η △ T

H je skupna prevodnost prenosa toplote hladilnega telesa (w/cm2 stopnja),

A je površina hladilnega telesa (cm2),

η Za učinkovitost toplotnega odvoda,

△T je razlika med največjo temperaturo hladilnega telesa in temperaturo okolja ( stopinja ).

V zgornji formuli je h določen s sevanjem in konvekcijo (naravna konvekcija, prisilna konvekcija in material)

η Odvisno predvsem od velikosti materiala in debeline uporabljenega hladilnega telesa. Na splošno so materiali z visoko toplotno prevodnostjo, kot sta aluminij (2,12 w/cm² stopinj) in baker (3,85 w/cm² stopinj), precej slabi.

η Določen s komponento hladilnega telesa. (vpliv strukture hladilnega telesa)

Z eno besedo, večja kot je površina hladilnega telesa in večja razlika med temperaturo hladilnega telesa in okolico, naredi toplotno sevanje hladilnega telesa učinkovitejše.

Toplotna odpornost

Parameter:

Rt-----Skupni notranji upor, stopinja /W

Rtj---- Notranja toplotna upornost polprevodniških elementov, stopinja /W

Rtc----- Toplotni upor vmesnika med polprevodniško napravo in hladilnikom, stopinja /W

Rtf----- Toplotna odpornost hladilnega telesa, stopinja /W

Tj----- Temperatura spoja polprevodniške naprave, stopinja

Tc----- Temperatura ohišja polprevodniške naprave, stopinja

Tf----- Temperatura hladilnega telesa, stopinja

Ta----- Temperatura okolja, stopinja

Pc----- Delovna moč polprevodniških naprav, W

△Tfa----- Dvig temperature hladilnega telesa, stopinja

Formula za izračun odvajanja toplote

Rtf=(Ti-Ta)/Pc-Rti-RTC

Toplotni upor RFF hladilnega telesa je glavna osnova za izbiro hladilnega telesa. TJ in RTJ sta parametra, ki ju zagotavljajo polprevodniške naprave, PC je parameter, ki ga zahteva zasnova, RTC pa je mogoče najti v strokovnih knjigah o toplotnem oblikovanju.

(1) Izračunana skupna toplotna upornost Rt:

Rt=(Timax-Ta)/Pc

(2) Izračunajte toplotni upor hladilnega telesa RTF ali dvig temperature △ TFA

RTF=RTJ – RTC

△Tfa=Rtf × Pc

(3) Glede na delovne pogoje hladilnega telesa (naravno hlajenje ali prisilno zračno hlajenje) izberite hladilno telo glede na RT ali △ TFA in PC ter preverite krivuljo odvajanja toplote (krivulja RTF ali △ TA linija) izbranega toplotno telo. Ko je vrednost, ugotovljena na krivulji, manjša od izračunane vrednosti, se najde ustrezen hladilnik.

Toplotna prevodnost

Toplotna prevodnost pomeni na enoto dolžine in na K, koliko w energije je mogoče prenesti, enota: w/m.

"W" se nanaša na enoto moči, "m" predstavlja dolžinsko enoto meter, "K" pa je enota absolutne temperature.

Večja kot je vrednost, boljša je toplotna prevodnost.

AL6063: običajen material za iztiskanje aluminija

AL6061: CNC obdelava kovin:

AL1100 ali AL1050: običajni material za rebra AL

C1100: običajni material bakrenih plavuti

C1020: običajen material toplotne cevi

ADC12 ali ADC 10 ali A380: material za tlačno litje

Razvrstitev hladilnika

1. Glede na uporabljeni material ga lahko razdelimo na:

a. Aluminijasto hladilno telo

b. Bakreno hladilno telo

c. Bakreno aluminijasto kombinirano hladilno telo

d. Rebra toplotne cevi

2. Glede na proizvodni proces ga lahko razdelimo na:

a. Ekstrudirani hladilniki

To je odličen material za odvajanje toplote, ki se pogosto uporablja pri sodobnem odvajanju toplote, večina proizvajalcev uporablja visokokakovosten aluminij AL6063-T5, njegova čistost lahko doseže več kot 98 %, ima močno zmogljivost toplotne prevodnosti, nizko gostoto in nizko ceno, zato so mu dali prednost večji proizvajalci.

b. Hladilnik za kovanje in litje:

Običajno se uporablja v LED, oblika: toplotno telo z zaobljenim zatičem

c. Hladilnik z lamelnimi rebri AL

Prednosti: območje odvajanja toplote (rešuje problem aluminijastega ekstrudiranega hladilnika, ker je rebro pregosto)

Slabosti: Primerno za maloserijsko proizvodnjo, visoki stroški (v primerjavi z aluminijastim ekstrudiranim hladilnikom)

d. Hladilno telo iz bakra:

Prednosti: dobro odvajanje toplote, ki rešuje problem iztiskanja bakra.

Slabosti: visoki stroški, velika teža, visoka trdota, težko obdelati (glede na AL)

g. Hladilnik z bakrenim vložkom

Prednosti: nizki stroški in množična proizvodnja

Slabosti: struktura

Večinoma se uporablja za računalniški CPE. Kontaktni del se spremeni v bakreni blok. Baker ima hitro absorpcijo toplote in toplotno prevodno energijo

Z značilnostmi močne sile lahko hitro prenese veliko količino toplotne energije, ki jo ustvari delovanje CPE, na površinski bakreni blok, bakreni blok pa je tesno povezan z aluminijastim ekstrudiranim hladilnim odvodom, tako da lahko velika količina toplotne energije hitro difundira do aluminijastega ekstrudiranega hladilnega telesa in se odnese z vrtenjem ventilatorja.

i. vezano toplotno telo

Prednosti:

To tehnologijo je mogoče poljubno kombinirati in uskladiti z bakrenimi in aluminijastimi rebri ter bakreno in aluminijasto bazo, prav tako pa se lahko učinkovito izogne ​​pomanjkljivostim nove toplotne odpornosti, ki jo povzroča neenakomerna toplotna prevodnost različnih varilnih past v procesu varjenja, velik hladilnik lahko proizvedeno.

Slabosti:

Strankam omogočite večjo selektivnost in raznolikost toplotnih rešitev. Vendar pa je zaradi posebnosti njegove predelave strošek masovne proizvodnje še vedno previsok.

Hladilna plošča

Zasnova hladilne plošče:

Hladilna plošča je kompaktna in tanka ploščasta oblika s kanali za tekočino, razporejenimi v notranjosti, tako da ustvarjajo konvekcijo med tekočino in hladilno ploščo ter zmanjšajo porabo toplotne energije visoko zmogljivih elektronskih komponent, ki na površini hladilne plošče .

Prednost uporabe hladilne plošče je, da lahko odvaja več toplote na enoto površine, tako da je strukturo hladilnega odvoda mogoče zmanjšati. Slabost hladilnega sistema je, da ga je treba uporabljati v sistemu s tekočim medijem, vzdrževanje je zahtevno, zanesljivost komponent pa visoka.

Osnova zasnove plošče za vodno hlajenje

P: poraba energije

Tc, Tj: Tc se nanaša na temperaturo površine hladilnega telesa, Tj se nanaša na temperaturo spoja čipa.

Tin: vstopna temperatura vode

Δ TC: Dvig površinske temperature hladilnega telesa, Δ T=(Tc-Tin)/P

Tout: temperatura vode na izhodu

△ TW: dvig temperature vstopne in izstopne vode, △ TW=Tout-Tin

Ta: temperatura okolja

Tekočina: EGW x % ali PGW x % ali voda

△ ts: temperaturna razlika vsakega čipa na površini hladilnega telesa

Tlak: Padec tlaka tekočine

Zanesljivostplošča za vodno hlajenje

1) Trdnost - izdelek izpolnjuje zahteve za konstrukcijsko uporabo

2) Preizkus vzdržljivosti tlaka - izdelek izpolnjuje zahteve za tesnjenje pri visokotlačnem delovanju v sistemu

3) Preskus puščanja - izdelek izpolnjuje zahteve glede puščanja na časovno enoto pod določenimi tlačnimi pogoji

4) Zahteve glede odpornosti proti koroziji - surovine, ki jih uporablja izdelek, izpolnjujejo zahteve za dolgoletno odpornost proti koroziji in brez puščanja

5) Zahteve glede vibracij - izdelek izpolnjuje zahteve za tesnjenje pri določenih pogojih vibracij. In struktura ni poškodovana, tesnost se ne zmanjša.

6) Drugo, kot so ravnost, hrapavost, vlečna sila vijaka, prednapetost vijaka itd

Tehnologija obdelave vodno hladilne plošče:

1) Vrsta kanala CNC: CNC (izdelovanje utorov) + varjenje z argonskim oblokom, CNC (izdelovanje utorov) + trdo spajkanje, CNC (izdelovanje utorov) + vakuumsko spajkanje, CNC (izdelovanje utorov) + varjenje s trenjem, CNC (izdelovanje utorov) + O obroč

2) Oblika obdelave globokih lukenj: pištolski sveder + varjenje z argonom, pištolski sveder + zasučni kos + varjenje z argonom, pištolski sveder + O obroč, pištolski sveder + zavojni kos + O obroč

3) Oblika litja: vkopana cev z gravitacijskim litjem, gravitacijsko litje + varjenje z argonom · gravitacijsko litje + trdo spajkanje, gravitacijsko litje + varjenje s trdim spajkanjem, gravitacijsko litje + varjenje s trenjem in mešanjem

4) Oblika varjenja v tuljavi: CNC aluminijasta plošča + bakrena cev + epoksi, CNC aluminijasta plošča + jeklena cev + epoksi, CNC aluminijasta plošča + bakrena cev + varjenje kositra

5) Postopek ultra tanke plošče za vodno hlajenje: varjenje široke ploščate cevi, difuzijsko varjenje plošč za žigosanje, trdo spajkanje plošč za žigosanje, vakuumsko spajkanje plošč za žigosanje

6) Oblika ekstrudirane vodne plošče: vodna plošča s preklopnimi luknjami, ultratanka baterijska vodno hladilna plošča

Površinska obdelava

1. Peskanje

Peskanje je metoda, ki uporablja stisnjen zrak za izpihovanje kremenčevega peska pri visoki hitrosti za čiščenje površine delov. Imenuje se tudi pihanje peska. Odstranjuje ne samo rjo, ampak tudi olje. Za premazovanje je zelo primeren za odstranjevanje rje na površini delov; Spremenite površino dela; Visoko trdna vijačna povezava v jekleni konstrukciji je napredna metoda. Ker visokotrdna povezava za prenos sile uporablja trenje med spojnimi površinami, ima visoke zahteve glede kakovosti spojne površine. Spojna površina mora biti obdelana s peskanjem.

Peskanje se uporablja za zapleteno obliko, enostavno ročno odstranjevanje rje, nizko učinkovitost in slabo okolje na mestu.

Stroj za peskanje ima peskalne pištole različnih specifikacij. Dokler ne gre za posebno majhno škatlo, lahko pištolo postavite vanjo, da se posuši.

Podporni izdelki tlačne posode----Glava uporablja peskanje, da odstrani oksidno kožo na površini obdelovanca. Premer kremenčevega peska je 1,5 m ~ 3,5 mm.

Obstaja neka vrsta obdelave, ki uporablja vodo kot nosilec za pogon smirka za obdelavo delov, kar je peskanje.

2. Površinska obdelava aluminijevih zlitin

1). Postopek galvanizacije aluminijeve zlitine

Zaradi kemijskih in fizikalnih lastnosti aluminija in njegovih zlitin je galvanizacija na aluminijastih delih veliko težja kot na jekleni podlagi, zato je treba izvesti nekaj posebnih obdelav. Sledi postopek galvanizacije pesta koles iz avtomobilske aluminijeve zlitine

Poliranje - shot peening (selektivno) → ultrazvočno odstranjevanje voska → pranje z vodo → jedkanje z alkalijo in odstranjevanje olja → pranje z vodo → jedkanje s kislino (izklop svetlobe) → pranje z vodo → potapljanje s cinkom → pranje z vodo → razcinkanje → pranje z vodo → namakanje s cinkom → pranje z vodo → galvansko obdelava temnega niklja → pranje z vodo → kislinski svetli baker I → pranje z vodo → poliranje → ultrazvočno odstranjevanje voska → pranje z vodo → katodno elektrolitsko odstranjevanje olja → pranje z vodo → aktivacija → pranje z vodo → polsvetli nikelj → nikelj z visoko vsebnostjo žvepla → svetel nikelj → nikelj tesnjenje → pranje z vodo → kromiranje → pranje z vodo

2). Postopek brezelektričnega nanašanja aluminijeve zlitine

Proizvajalci vse bolj sprejemajo neelektrično nikljanje aluminijevih zlitin zaradi odličnih lastnosti. Brezelektrično nikljanje je znano tudi kot nikljanje fosforja. Površina iz aluminijeve zlitine (hladilno telo računalnika, trdi disk itd.) sprejme naslednji postopek

Kemično razmaščevanje pri normalni temperaturi → čiščenje s tekočo vodo x 2 → toplotno razmaščevanje → čiščenje s tekočo vodo x 2 → alkalna korozija → čiščenje s tekočo vodo x 3 → luženje s kislino → čiščenje s tekočo vodo x 2 → primarna potopitev v cink → čiščenje s tekočo vodo x 2 → 20% dušikova kislina → čiščenje s tekočo vodo × 3 → sekundarno namakanje s cinkom → čiščenje s tekočo vodo x3 → (1-5%) predhodno namakanje z amoniakom → kemični nikelj pred nanašanjem → čiščenje s tekočo vodo x2 → čiščenje s čisto vodo → srednje fosforjev svetli kemični nikelj oz. visoko fosforjev svetel kemični nikelj → čiščenje s tekočo vodo x3 → pasivacija → čiščenje s tekočo vodo x3 → sušenje in sušenje → pregled → pakiranje

Aluminijasta podlaga na površini elektronskih komponent, kot so polprevodniške naprave, zaradi potrebe po varjenju pogosto zahteva brezelektrično nikljanje in brezelektrično pozlačevanje. Potek postopka je naslednji:

Razmaščevanje → alkalno jedkanje → poliranje → prvo potapljanje cinka → razcinkanje → raztopina za predobdelavo → drugo namakanje cinka → neelektrično nikljanje → prepreg za luženje → neelektrično pozlačevanje → končna obdelava

3. Pasivacija

Pasivacija je obdelava kovine v raztopini nitrita, nitrata, kromata ali dikromata, da na površini kovine nastane plast kromatnega pasivacijskega filma. Pogosto se uporablja kot naknadna obdelava cinkovih in kadmijevih premazov za izboljšanje korozijske odpornosti premazov, zaščito neželeznih kovin in oprijem barvnih filmov.

Postopek pasiviranja aluminija in aluminijevih zlitin:

Obdelava aluminija in njegovih zlitin s kromatom lahko pridobi še en film za kemično pretvorbo, ki se popolnoma razlikuje od anodizacije. Njegova sestava je enaka kromatnemu filmu cinka in kadmija, ki je kompleksna spojina kroma.

Razlika med aluminijevo anodo in kromatom --- Prevodno in neprevodno

Običajno uporabljen zaključek toplotnega odvoda iz aluminija: 1. Čiščenje 2. Anodiziranje 3. Kromat

Običajno uporabljen zaključek bakrenega hladilnega telesa: antioksidacija

4. Nikljanje

Metoda nanašanja plasti niklja na kovino ali nekovino z elektrolitskimi ali kemičnimi metodami se imenuje nikljanje. Nikljanje vključuje galvansko in brezelektrično nikljanje.

Galvanizacija je v elektrolitu, sestavljenem iz nikljeve soli, prevodne soli, pufra PH in vlažilnega sredstva, kovinski nikelj pa se uporablja za anodo. Pri uporabi enosmernega toka se na prevlečene dele nanese enakomerna in gosta plast niklja. Svetel nikelj dobimo iz raztopine za galvanizacijo z belilom, temen nikelj pa iz elektrolita brez belila.

Brezelektrično nanašanje se imenuje tudi avtokatalitsko nanašanje. Specifični postopek se nanaša na postopek, pri katerem se kovinski ioni v vodni raztopini reducirajo z redukcijskim sredstvom in oborijo na površini trdne matrike pod določenimi pogoji. Kot je opredeljeno v ASTM b374 (Ameriško združenje za testiranje in materiale), je avtokatalitsko nanašanje "odlaganje kovinskega premaza z nadzorovano kemično redukcijo, ki jo katalizira kovina ali zlitina, ki se nanaša". Ta postopek se razlikuje od prevleke s prevleko. Prevleko je mogoče nenehno debeliti, sama prevlečena kovina pa ima tudi katalitično sposobnost.

Brezelektrično nikljanje se običajno uporablja v industriji odvajanja toplote zaradi dobre sposobnosti spajkanja.

Priljubljena oznake: Heat Sink Basic Introduce, Kitajska, dobavitelji, proizvajalci, tovarna, po meri, brezplačen vzorec, izdelano na Kitajskem