Ako si vybrať správne tepelné riešenie pre aplikácie OEM

Chladič je komponent, ktorý rozhoduje o tom, či si procesor udrží zosilňujúce hodiny, či modul LED stále produkuje plný jas aj po 30 000 hodinách a či menič energie prežije záručnú dobu.

Táto príručka pokrýva celú tému na jednom mieste: ako sa teplo v skutočnosti uvoľňuje z čipu, prečo meď nie je automaticky lepšou voľbou, ako rozstup rebier interaguje s tlakom ventilátora, ako vypočítať tepelný odpor, ktorý vaša aplikácia potrebuje, a ako nainštalovať chladič, aby hardvér fungoval tak, ako sľubuje technický list.

Čo sa stane, keď je chladenie nedostatočné

Teplo nie je kozmetický problém. Zmení to, ako sa zariadenie správa dlho predtým, ako sa niečo pokazí.

Prvým príznakom je tepelné škrtenie. Moderné procesory nepretržite monitorujú teplotu matrice a znižujú rýchlosť hodín a napätie, keď sa priblížia k hraniciam. Herný notebook, ktorý beží hladko počas prvej pol hodiny a potom stratí 20 – 30 % svojej snímkovej frekvencie, nezlyhá; chráni sa. Rovnaký mechanizmus spôsobuje spomalenie telefónov počas dlhého nahrávania videa.

Druhým je zrýchlená degradácia. Životnosť polovodičov je silne závislá od teploty a zvyčajným technickým pravidlom je, že každých 10 stupňov dodatočnej teploty spoja zníži očakávanú životnosť zhruba na polovicu. Spôsoby zlyhania sú predvídateľné:

• Prasknutie spájkovaného spoja - opakované cykly zahrievania a chladenia vytvárajú rozdielnu expanziu medzi obalom a doskou, čo spôsobuje občasné chyby, ktoré sa bežne ťažko diagnostikujú.
• Elektrolytický kondenzátor sa opotrebováva- - elektrolyt vysychá rýchlejšie pri zvýšenej teplote, a preto prehriate napájacie zdroje zlyhajú roky skôr, ako sa očakávalo.
• Oslabenie lúmenu LED a posun farieb - miesto, kde sa generuje teplo, je spoj, nie šošovka, a horúca LED dióda stráca jas a kolíše farebná teplota skôr, ako prestane fungovať.
• Nafúknutie batérie a tepelný únik - lítium{1}}iónových článkov vystavených trvalému teplu strácajú kapacitu a v extrémnych prípadoch vstupujú do seba-zosilňujúcej reakcie, pri ktorej stúpajúca teplota vyvoláva reakcie, ktoré generujú ešte viac tepla.

Miniaturizácia to všetko sťažila. Mimoriadne-tenké prenosné počítače nemajú takmer žiadny priestor na prúdenie vzduchu, konzoly obsahujú silikón s vysokým-wattovým výkonom v uzavretých krytoch a svietidlá LED často musia odvádzať teplo bez akýchkoľvek pohyblivých častí.

Varovné signály, že chladenie si vyžaduje pozornosť

• Ohrada je pri bežnej záťaži, nielen v strese, nepríjemne horúca.
• Výkon po určitom čase používania predvídateľne klesá.
• Náhodné zlyhania, reštarty alebo vypnutia pri zaťažení.
• Ventilátory bežia nepretržite na maximálne otáčky.
• Komponenty zlyhávajú výrazne skôr, ako je ich menovitá životnosť.
•  

Ako chladič v skutočnosti funguje

Chladič presúva tepelnú energiu po dráhe s tromi stupňami, z ktorých každý je riadený iným mechanizmom.

Vedenie prenáša teplo z matrice do obalu, cez materiál tepelného rozhrania, do základne chladiča a von cez rebrá. Táto fáza závisí od vodivosti materiálu a plochy prierezu-. Meď prenáša teplo cez kov zhruba dvakrát rýchlejšie ako hliníková zliatina, čo je najdôležitejšie, keď je zdroj tepla malý a koncentrovaný.

Konvekcia prenáša teplo z povrchu rebier do vzduchu. Toto je takmer vždy prekážka. Závisí to od plochy povrchu, rýchlosti vzduchu a hrúbky tepelnej hraničnej vrstvy priľnutej ku každému rebru. Zdvojnásobenie vodivosti kovu chladiča zvyčajne zmení celkový výkon oveľa menej ako zdvojnásobenie jeho účinnej povrchovej plochy alebo prietoku vzduchu.

Žiarenie vyžaruje infračervenú energiu z povrchov. V systémoch s núteným{1}}vzduchom prispieva len niekoľkými percentami a zvyčajne sa dá ignorovať. V utesnených krytoch bez ventilátora, ktoré bežia vysoko nad okolitým prostredím, to nadobúda zmysel, čo je jeden z praktických dôvodov, prečo sú čierne eloxované povrchy bežné na pasívnych LED krytoch - emisivita stúpa z približne 0,05 pre holý leštený hliník na približne 0,8 pre eloxovaný povrch.

Tepelný odpor: číslo, na ktorom záleží

Tepelný odpor, vyjadrený v stupňoch /W, udáva, ako ďaleko stúpne teplota na každý watt prechádzajúci cez stupeň. Chladič dimenzovaný na 2 stupne/W pri zaťažení 10 W sa usadí približne o 20 stupňov nad okolitým prostredím. Nižšie je lepšie.

Užitočnou časťou je, že odpory v sérii sa sčítavajú. Celá cesta vyzerá takto:

Križovatka → Prípad (R_jc) → Materiál tepelného rozhrania (R_cs) → Základňa chladiča a rebrá → Vzduch (R_sa)

R_jcpochádza z údajového listu komponentu a nemožno ho zmeniť. R_cssa nastavuje materiálom rozhrania a montážnym tlakom. R_saje samotný chladič. Identifikácia, ktorá z troch dominuje, vám povie, kde optimalizácia stojí za námahu - nemá zmysel kupovať lepší chladič, ak je limitujúcim štádiom rozhranie 0,5 stupňa /W.

Meď vs hliník: Výber správneho materiálu

Porovnanie sa zvyčajne redukuje na vodivosť, čo je zavádzajúce. Čistá meď dosahuje približne 385 W/m·K; hliníkové zliatiny používané na extrúziu, hlavne 6061 a 6063, sa pohybujú v rozsahu 150–200 W/m·K. Meď preto vo vnútri kovu šíri teplo asi dvakrát rýchlejšie. Či sa to premietne do nižšej teploty zariadenia, závisí od toho, ktorý stupeň je obmedzujúci.

Kde meď skutočne víťazí

Výhodou medi je šírenie tepla, nie odvod tepla. Keď 150 W CPU dodáva svoj výstup cez matricu menšiu ako poštová známka, základňa musí distribuovať tento tok bočne predtým, ako s ním rebrá môžu niečo urobiť. Medená základňa znižuje teplotný gradient naprieč základňou a odstraňuje horúce miesta, ktoré by inak nechávali vonkajšie rebrá nedostatočne-použité.

Pri typickom testovaní s núteným{0}}vzduchom pri záťaži 150 W:

• Celo-hliníkové prevedenie dosahuje približne 0,25 – 0,35 stupňa /W.
• Porovnateľný dizajn na báze medi- dosahuje približne 0,20 – 0,28 stupňa /W.
• Praktický rozdiel je rádovo 3–8 stupňov pri trvalom zaťažení.
•  

Kde víťazí hliník

V krytoch LED s prirodzenou konvekciou -, utesnených ovládačoch, vonkajších krytoch - je obmedzením povrchová plocha, nie vnútorná vodivosť. Veľký hliníkový výlisok často úplne porazí menšiu medenú časť, pričom stojí zlomok toľko a váži oveľa menej.

Rozdiel v hmotnosti nie je akademický. Z 500 g hliníkového chladiča sa stane približne 1,6 kg vážiaci medený diel pri rovnakých rozmeroch -, ktoré sú dostatočné na to, aby si vyžadovali zosilnený montážny systém na pracovnej ploche, a dosť na to, aby boli diskvalifikované v leteckom priemysle, elektromobiloch alebo ručných aplikáciách.

Pri objemových produktoch je čestnou metrikou cena za odstránený watt. Ak meď zlepšuje chladenie o 15 – 25 % a zároveň zdvojnásobuje množstvo materiálu, hliník je zvyčajne lepším technickým rozhodnutím.

Hybridné dizajny: štandardná odpoveď

Väčšina-výkonných chladičov si prestala vyberať pred rokmi. Bežné konštrukcie sú medená základňa s hliníkovým rebrom, medené tepelné rúrky napájajúce hliníkové rebrové polia alebo medené čapy zapustené v hliníkovom tele. Dizajn tepelnej trubice a hliníkového rebra môže dosiahnuť okolo0,15–0,25 stupňa /Wbez hmoty pevného medeného bloku.

Korózia a povrchová úprava

Hliník vytvára tenký, samoliečiaci sa oxidový film ihneď po vystavení vzduchu, a preto tak dobre vydrží vonkajšie použitie. Eloxovanie túto vrstvu zámerne zahusťuje, dodáva jej tvrdosť, odolnosť proti korózii a emisivitu; chemická konverzná vrstva a bezprúdové niklovanie pokrývajú drsnejšie prípady. Meď oxiduje viditeľnejšie a v morskej alebo priemyselnej atmosfére si vo všeobecnosti vyžaduje poniklovanie alebo pocínovanie -, čo je presne dôvod, prečo prémiové chladiče CPU používajú poniklovanú-meď namiesto čistého kovu.

Jeden výrobný detail stojí za zmienku: zvyšky taviva zanechané nekvalitným spájkovaním výrazne urýchľujú koróziu v zmiešaných zostavách medi a hliníka a spoje rebier lepené epoxidom- sa môžu po rokoch tepelných cyklov znehodnotiť. Kvalita spájania často určuje spoľahlivosť v teréne viac ako výber materiálu.

Dizajn plutiev: Geometria, rozstup a hraničné vrstvy

Pridanie plochy je samozrejmým krokom a prestane fungovať skôr, ako väčšina ľudí očakáva. Vzduch prúdiaci pozdĺž rebier vytvára tepelnú hraničnú vrstvu -, pomalý, už{2}}zahriaty film, ktorý izoluje povrch od veľkého prúdu vzduchu. Za určitým bodom sa vo vnútri filmu nachádza ďalšia oblasť a neprispieva takmer ničím.

Geometrie plutiev a na čo slúžia

• Rovné plutvy - extrudované, lacné, predvídateľné. Ideálne, keď je smer prúdenia vzduchu známy a konzistentný.
• Kolíkové rebrá - prijímajú prúdenie vzduchu z ľubovoľného smeru, čo vyhovuje kompaktným krytom, kde je prúdenie turbulentné alebo nepredvídateľné.
• Šikmé rebrá - vyrezané ako súvislá páska z pevného bloku, čo umožňuje veľmi tenké rebrá s vysokou hustotou bez odporu spojov na základni.
• Vlnité a lamelové rebrá - opakovane narúšajú hraničnú vrstvu, aby zvýšili koeficient konvekcie za cenu dodatočného poklesu tlaku.
• Zúbkované a odsadené pásové rebrá - prerušujú dráhu prúdenia, takže hraničná vrstva sa reštartuje, čo je bežný prístup pri vysoko{1}}výkonných návrhoch núteného{2}}vzduchu.
•  

Správny rozstup plutiev

Rozstup plutv je jediným najdôslednejším parametrom a musí byť zvolený proti zdroju vzduchu, nie izolovane.

Tesné rozostupy maximalizujú plochu, ale tlmia tok. Keď sú kanály príliš úzke, rýchlosť vzduchu v nich klesá, hraničné vrstvy zo susedných rebier sa prekrývajú a veľká časť pridanej plochy sa stáva mŕtvym povrchom. Toto je klasické zlyhanie v pasívnych dizajnoch, kde nie je ventilátor, ktorý by tlačil vzduch cez obmedzujúce pole.

Široké rozostupy voľne tečú, ale odrážajú oblasť. Ako hrubé východiskové body: prirodzená konvekcia vo všeobecnosti vyžaduje 6–12 mm medzi rebrami s vertikálnou orientáciou, takže teplý vzduch môže stúpať cez kanály; mierne nútené prúdenie vzduchu funguje v rozsahu 2–4 mm; vysokostatické-ventilátory dokážu podporovať 1–2 mm alebo tesnejšie.

Hrúbka a výška plutvy sa riadia rovnakou logikou. Hrubšie rebrá vedú lepšie, ale kradnú oblasť prúdenia; vyššie rebrá pridávajú povrch, ale strácajú účinnosť smerom ku špičke, keď sa teplotný rozdiel medzi základňou-na-hrotu zmenšuje. Účinnosť rebier, pomer skutočného prenosu tepla k tomu, čo by dosiahla dokonale izotermická rebrá, je parameter, ktorý zachytí viac-predĺžené konštrukcie.

Pokles tlaku a prevádzkový bod ventilátora

Chladič a jeho ventilátor sú jeden systém. Každý ventilátor má krivku vzťahujúcu sa na prietok vzduchu k dostupnému statickému tlaku; každý chladič predstavuje krivku odporu. Skutočný pracovný bod je tam, kde sa tieto dva pretínajú. Hustý stoh plutiev, ktorý vyzerá skvele izolovane, môže fungovaťhoršienež hrubší, ak cez neho ventilátor nedokáže pretlačiť vzduch - skutočne bežná a drahá konštrukčná chyba.

Strata tlaku pochádza z trenia pozdĺž povrchov plutiev a z tvarového odporu vždy, keď tok zmení smer. Komplexné turbulátory kupujú prenos tepla pomocou tlaku a obchod sa oplatí robiť len vtedy, ak má ventilátor tlaku na rezervu.

Simulácia a optimalizácia

CFD do značnej miery nahradilo prototypovanie-a{1}}chyby. Parametrizovaný model plutvy umožňuje inžinierom zametať výšku, hrúbku, sklon a uhol a zároveň sledovať distribúciu rýchlosti vzduchu, teplotné gradienty, pokles tlaku a miestne koeficienty prestupu tepla. Genetické algoritmy dokážu vyhľadávať tisíce kombinácií geometrie; Optimalizácia topológie môže odoberať materiál z oblastí, ktoré nesú málo tepla, čím sa vyrábajú ľahšie diely pri rovnakom výkone.

Simulácia neodstraňuje potrebu fyzického testovania. Výsledky CFD závisia od okrajových podmienok, predpokladaných kontaktných odporov a modelov turbulencie, ktoré nemusia zodpovedať realite. Spoľahlivým pracovným postupom je simulácia, prototyp, meranie a korelácia - a potom dôverujte modelu pre ďalšiu iteráciu.

Pasívne alebo aktívne: Výber stratégie chladenia

Pasívne chladenie

Pasívne konštrukcie sa spoliehajú na prúdenie vzduchu-poháňané vztlakom a vyžarovanie bez pohyblivých častí. To znamená ticho, žiadnu spotrebu energie, žiadne opotrebovanie ložísk a žiadne atribúty údržby -, ktoré sú v mnohých produktoch dôležitejšie ako surový výkon.

Typické aplikácie: LED svietidlá, priemyselné ovládače bez ventilátora, sieťové zariadenia, IoT senzory, uzavretá vonkajšia elektronika.

Pravidlá dizajnu sú neúprosné. Rebrá by mali byť vertikálne, aby ohriaty vzduch mohol stúpať cez kanály, rozostupy by mali byť veľkorysé a okolitý kryt nesmie blokovať komínový efekt. Dobre-navrhnutý pasívny chladič inštalovaný horizontálne môže stratiť podstatnú časť svojho menovitého výkonu.

Aktívne chladenie

Ventilátory alebo dúchadlá tlačia vzduch cez rebrá, čím zvyšujú konvekčný koeficient o rádovú hodnotu a umožňujú oveľa užšie usporiadanie rebier. Moderný chladič CPU kombinuje medené tepelné trubice alebo parnú komoru, hliníkovú sústavu rebier a ventilátory riadené PWM-a udržuje procesory s výkonom 100 W-plus v bezpečnom rozsahu.

Náklady sú akustický hluk, spotreba energie, mechanické opotrebovanie a nový jediný bod poruchy. Ovládanie PWM zmierňuje prvé dva pomalým chodom, kým si teplota nevyžaduje inak.

Keď ani jedno nestačí

• Tepelné trubice - efektívne prenášajú teplo na vzdialenosť prostredníctvom vyparovania a kondenzácie, čím umožňujú rebrám sedieť tam, kde prúdi vzduch, a nie tam, kde je čip.
• Parné komory - šíria koncentrovaný tok cez veľkú základnú plochu, v podstate rovinnú tepelnú trubicu.
• Kvapalinové chladenie - úplne premiestňuje odvádzanie tepla pre systémy s vysokou hustotou výkonu alebo-obmedzenými priestormi.
•  

Dimenzovanie chladiča: Od požiadavky po číslo dielu

Výber začína jednoduchým vzťahom:

Požadovaný celkový tepelný odpor=(maximálna povolená teplota – teplota okolia) ÷ Tepelná záťaž

Spracovaný príklad

Napájací modul rozptýli 50 W, jeho spojenie musí zostať pod 80 stupňov a kryt beží pri okolitej teplote 40 stupňov.

(80 − 40) ÷ 50=0.8 stupeň /W celkom

Tých 0,8 stupňa /W je celá cesta, nie samotný chladič. Odčítajte fázy, ktoré nemôžete ovládať:

• R_jcz údajového listu: povedzme 0,3 stupňa /W
• Materiál rozhrania so slušnou pastou a správnym tlakom: približne 0,1 stupňa /W
• Zostávajúci rozpočet na chladič: 0,4 stupňa /W

Výber 0,8 stupňa /W chladiča pre túto aplikáciu - veľmi častá chyba - by spôsobila, že spoj by bol približne o 20 stupňov vyšší ako jeho limit. Potom použite rezervu: znížte katalógové číslo o 20 – 30 % pre skutočnú-montáž, hromadenie prachu, nadmorskú výšku a prúdenie vzduchu, ktoré nikdy nie je také čisté ako testovacie zariadenie. V praxi nakupujete niečo okolo 0,3 stupňa/W.

Overenie

Katalógové čísla sú merané pri špecifickom prietoku vzduchu. Potvrďte, že sa hodnotenie zhoduje s vašou skutočnou rýchlosťou vzduchu, potom overte pomocou termočlánkov alebo pomocou-snímačov pri reprezentatívnom najhoršom{2}}prípade pracovného zaťaženia pri maximálnom okolitom prostredí -, nie pri izbovej teplote s vypnutým vekom.

Typické aplikačné profily

• LED osvetlenie - pasívny hliníkový výlisok, eloxovaný, dimenzovaný na udržanie svetelného toku počas desiatok tisíc hodín a nie na špičkový výkon.
• Výkonové zosilňovače a konvertory - koncentrované zdroje tepla, veľké rebrové polia, často nútené prúdenie vzduchu, s požiadavkami na elektrickú izoláciu.
• Spoľahlivosť priemyselných zariadení, odolnosť voči vibráciám a-bezúdržbová prevádzka majú prednosť pred minimálnou teplotou.
• Stolové CPU a GPU - hybridné konštrukcie tepelných trubíc s aktívnymi ventilátormi a akustickými terčíkmi.
• Elektronika pre elektromobily a automobilovú elektroniku - s vysokým okolitým prostredím, tepelným cyklovaním, vystavením korózii a prísnym rozpočtom na hmotnosť.
•  

Materiály a inštalácia tepelného rozhrania

Chladič nemôže fungovať cez vzduchovú medzeru. Dva povrchy, ktoré vyzerajú ploché, sa dotýkajú iba malého zlomku ich zdanlivej plochy; zvyšok sú mikroskopické dutiny vyplnené vzduchom, ktoré sú blízko izolantu. Materiál rozhrania existuje na to, aby vytlačil tento vzduch - nič viac.

Výber zlúčeniny

• Pasta na{0}}silikónovej báze - približne 1–5 W/m·K, lacná, elektricky bezpečná, s dlhou životnosťou. Dostatočné pre kancelárske stroje a skladové{5}}taktované procesory.
• Pasta na -karbónovej báze - má vysoký výkon bez rizika elektrickej vodivosti a je stabilná v priebehu rokov. Rozumné predvolené nastavenie pre väčšinu zostáv.
• Pasta naplnená oxidom{0}}kovom a striebrom- - má vyššiu vodivosť, ale niektoré prípravky sú elektricky vodivé a pri kontakte s okolitými komponentmi spôsobia poškodenie.
• Tekutý kov na báze - gália-, schopný presiahnuť 70 W/m·K. Je elektricky vodivé, pri nadmernom-aplikovaní potečie a gálium napáda priamo hliník, krehne a ničí základňu hliníkového chladiča. Len pre skúsených používateľov, iba na poniklovanej-mede.
• Tepelné podložky a materiály s -fázovou zmenou - majú nižšiu vodivosť ako pasta, ale sú oveľa konzistentnejšie, tolerujú medzery a sú vhodné na montáž vo výrobe a na komponenty rôznych výšok.
•  

Príprava povrchu

1. Úplne vypnite, odpojte napájanie zo siete, vypnite PSU a krátko podržte tlačidlo napájania, aby ste vybili zvyškovú energiu.
2. Použite statické opatrenia - dotknite sa uzemnenej kovovej časti šasi alebo si nasaďte remienok na zápästie.
3. Pred zdvihnutím prelomte tesnenie starého chladiča jemným pootočením. Vytiahnutie tvrdeného, ​​prilepeného-chladiča priamo nahor vytrhlo procesory z pätíc.
4. Vyčistite oba povrchy 90–99 % izopropylalkoholom. Nižšie koncentrácie obsahujú viac vody, pomaly schnú a zanechávajú zvyšky.
5. Utrite handričkou-, ktorá nepúšťa vlákna, mikrovláknom alebo kávovým filtrom. Papierová utierka a vreckovka uvoľňujú vlákna priamo do kĺbu.
6. Vytvrdnutú zmes odstráňte plastovou škrabkou alebo starou kartou. Nikdy nepoužívajte kov -, škrabanec na rozdeľovači tepla je trvalý.
7. Pri dobrom svetle skontrolujte preliačiny, oxidáciu, zvyšky zmesi na okrajoch a stopy po opracovaní.

Leštenie na zrkadlo je zbytočné; na to slúži pasta. Čistý, rovný a suchý je štandard.

Nanášanie pasty

Objektívom je súvislý film s hrúbkou niekoľkých desiatok mikrónov po stlačení, nie povlak. Viac pasty zvyšuje tepelný odpor a nie ho znižuje.

• Stredová bodka - 4–6 mm guľôčka, približne 0,1–0,2 g, rozotrená montážnym tlakom. Funguje dobre na väčšine štvorcových rozdeľovačov tepla a zostáva bez vzduchových bublín.
• Čiara - tenká 4–5 mm čiara pozdĺž dlhej osi, vhodná pre podlhovasté rozpery, ako je Intel LGA1700.
• Vzor X - dve tenké uhlopriečky, lepšie pokrytie rohov na veľkých rozperách, ľahko sa preháňa.
• Manuálne rozotieranie - je predvídateľné a užitočné pre nepravidelné tvary, no vytvára vzduchové bubliny, ak to neurobíte opatrne.

Holé{0}}komponenty - procesory notebookov, GPU, mnohé mobilné SoC - predstavujú iný problém. Neexistuje žiadny rozdeľovač na rozloženie tlaku, matrica je krehká a pokrytie musí byť úplné a rovnomerné po celej ploche. Techniku ​​pracovnej plochy neprenášajte priamo.

Montáž chladiča

Pred kontaktom skontrolujte, či sa držiak zhoduje so zásuvkou, či je odlúpnutá ochranná fólia zo základne chladiča, orientácia ventilátora sleduje prúdenie vzduchu v puzdre a zadná doska je správne nasadená.

Položte chladič rovno a neposúvajte ho. potom:

1. Každú skrutku začnite ručne.
2. Utiahnite v diagonálnom krížovom vzore, po čiastočnom otočení.
3. Striedajte, kým každá skrutka nedosiahne doraz. Pružinové-upínacie prvky sú navrhnuté tak, aby nastavili správny tlak - neprešli silou za doraz.

Príliš malý tlak zanecháva prázdne miesta a horúce miesta. Príliš namáha PCB, môže ohnúť rám zásuvky a na holých-častiach matrice môže prasknúť kremík. Zadné platne sa používajú na-výkonných chladičoch práve preto, že rozkladajú záťaž po celej ploche a nie cez štyri body.

Nakoniec skontrolujte, či sa chladič nekýve, či je ventilátor zapojený do hlavičky CPU_FAN a či sa lopatiek nedotýka žiadny kábel.

Časté zlyhania inštalácie

• Ochranná fólia ponechaná na základni chladiča - je stále najčastejšou príčinou okamžitého prehriatia.
• Ventilátory inštalované dozadu, bojujúce proti prúdeniu vzduchu.
• Skrutky uťahované v poradí, nie krížom, nakláňajú chladič.
• Napájanie ventilátora nebolo nikdy pripojené.
• Príliš veľa pasty, ktorá preteká do zásuvky.
•  

Po inštalácii: Overenie, monitorovanie a opätovné vloženie

Niektoré zlúčeniny sa mierne zlepšujú počas prvých niekoľkých tepelných cyklov, keď sa usadzujú v štruktúre povrchu. Neočakávajte dramatickú zmenu -, ak sú teploty pri prvom spustení zlé, niečo nie je v poriadku mechanicky.

Pomocou monitorovacieho softvéru, ako je napríklad HWiNFO64, skontrolujte teplotu pri nečinnosti, teplotu pri trvalom-plnom zaťažení a rozpätie medzi jednotlivými jadrami. Zdravá inštalácia vykazuje teploty zaťaženia v rámci očakávaného rozsahu pre diel, jadrá sú od seba vzdialené niekoľko stupňov a žiadne škrtenie pri trvalom zaťažení. Veľké rozšírenie medzi-k-jadru poukazuje na nerovnomerný kontakt.

Ak teploty zostávajú po opätovnom prilepení vysoké, postupujte podľa príčin v poradí:

1. Kontaktujte -, odstráňte chladič a prečítajte si vzor prilepenia. Suché miesta alebo výrazne mimo{2}}stredový výtlačok naznačujú naklonenie alebo nedostatočný tlak.
2. Montáž - overte rovnomerný krútiaci moment, správnu konzolu a plochú základňu chladiča.
3. Prúd vzduchu - skontrolujte krivky ventilátora, vyváženie nasávania a výfuku, prach v lamelách a smer ventilátora.
4. Očakávania -, že niektoré procesory jednoducho bežia pri štandardných nastaveniach a nič sa nezmení.

Neexistuje žiadny univerzálny interval opakovania. Rozumné pokyny:

• Kancelársky počítač: 3–5 rokov
• Herný počítač: 2–4 roky
• Vysoko{0}}zaťažená pracovná stanica: 1 – 3 roky
• Notebooky: poháňané pracovným zaťažením a interným dizajnom viac ako kalendárnym časom

Prelepte, keď teploty výrazne stúpajú, keď je hmota viditeľne suchá alebo prasknutá, alebo keď bol chladič odstránený kvôli inej práci.

Výroba, náklady a udržateľnosť

Dizajn, ktorý sa nedá vyrobiť ekonomicky, nie je dizajn. Hlavné procesy:

• Vytláčaný hliník - pretláčaný cez matricu. Veľmi nízke jednotkové náklady na objem, ideálne pre rovné-profily plutiev. Pomer strán je obmedzený tým, čo kocka vydrží.
• Vystupujúce - plutvy vyholené ako súvislá stuha z pevného bloku. Veľmi vysoká hustota rebier bez základného spoja, a teda bez odporu spoja.
• CNC obrábanie - presné a flexibilné, najlepšie pre prototypy a malé{1}}objemové zákazkové diely.
• Lepená zostava rebier - samostatných rebier spojených do základne, čo umožňuje vysoké rebrá a zmiešané materiály, pričom spoj predstavuje riziko spoľahlivosti.
• Výroba kovových aditív - umožňuje mriežkové štruktúry a vnútorné kanály, ktoré sa nedajú opracovať, pričom sú stále dosť drahé na to, aby boli vyhradené pre letectvo, obranu a vysokovýkonné-počítače.

Drsnosť povrchu reže oboma spôsobmi: mierna drsnosť znižuje turbulenciu a napomáha konvekcii, zatiaľ čo nadmerná drsnosť zvyšuje tlakovú stratu a umožňuje, aby sa prach hromadil. Na montážnom rozhraní je drsnosť čisto nákladovou - plochá a hladká je to, čo znižuje kontaktný odpor.

Environmentálna a elektrická bezpečnosť

Oba kovy sa dobre recyklujú. Recyklovaný hliník vyžaduje malý zlomok energie potrebnej na primárne tavenie a jeho nízka hmotnosť znižuje emisie z dopravy; meď si po recyklácii zachováva v podstate plný výkon, no nesie ťažšiu ťažobnú stopu. Povlaky, spájky a chemické vlastnosti pokovovania je potrebné kontrolovať RoHS požiadavky pred výrobou.

Elektricky je meď nebezpečná všade tam, kde sa môže dostať k častiam pod napätím. Vo výkonovej elektronike s vysokým napätím- používajte izolačné podložky, dodržujte špecifikované vzdialenosti a povrchové vzdialenosti a správne uzemnite chladič. Eloxovaný hliník má tu zabudovanú-výhodu, pretože vrstva oxidu je sama osebe dielektrikom -, hoci by sa s ňou nikdy nemalo zaobchádzať ako s certifikovanou izolačnou bariérou.

Zhrnutie

• Vyberte si hliník pre veľkoobjemovú{0}}výrobu, veľké plochy, dizajny citlivé na hmotnosť-, pasívne chladenie a vonkajšie alebo korozívne prostredie.
• Vyberte si meď pre koncentrovaný vysoký tepelný tok, kompaktné obálky a aplikácie, kde niekoľko stupňov odôvodňuje náklady a hmotnosť.
• Vyberte si hybridnú - medenú základňu alebo tepelné trubice s hliníkovými rebrami -, keď potrebujete výkon posypu bez zníženia hmotnosti. Toto je správna odpoveď častejšie ako akýkoľvek čistý materiál.
• Vyberte si pasívne, keď ticho, tesnenie a bezúdržbová-prevádzka prevyšuje špičkový výkon.
• Vyberte si aktívny, keď hustota výkonu neponecháva žiadnu alternatívu, a navrhnite ventilátor a rebrové pole spoločne.

Každý projekt začnite od požiadaviek na teplo a nie podľa katalógu komponentov: definujte maximálnu teplotu spoja, najhorší-prípad prostredia, skutočné tepelné zaťaženie, dostupné prúdenie vzduchu a fyzický obal. Všetko ostatné vyplýva z týchto piatich čísel.

Získajte inžiniersku podporu pre váš tepelný dizajn

Či už špecifikujete pasívne vytláčanie pre vonkajšie svietidlo LED, zošikmenú-zostavu rebier pre menič výkonu alebo zostavu hybridnej tepelnej trubice pre výpočtový modul, správne riešenie pochádza z prispôsobenia geometrie, materiálu, prúdenia vzduchu a spôsobu výroby vašim skutočným obmedzeniam. Inžiniersky tím vpowerwinxheatsinkmôže skontrolovať vaše požiadavky a podporiť návrh profilu vytláčania, CNC obrábanie, skosené rebrové štruktúry, integráciu tepelných trubíc, výber povrchovej úpravy, tepelnú simuláciu a prototypové vzorky pred hromadnou výrobou.

FAQ

Čo je tepelný odpor a prečo na ňom záleží viac ako na vodivosti?

Tepelný odpor (stupeň /W) udáva, o koľko stúpne teplota na watt cez stupeň tepelnej dráhy. Vodivosť je vlastnosť materiálu; tepelný odpor popisuje skutočnú zostavu vrátane geometrie, prúdenia vzduchu a rozhraní. Je to číslo, ktoré môžete porovnať so skutočnou požiadavkou, ktorou samotná vodivosť nikdy nie je.

Je meď vždy lepšia ako hliník?

Nie. Meď je vodivá zhruba dvakrát lepšie, ale je viac ako trikrát ťažšia, podstatne drahšia a ťažšie sa vytláča a opracúva. V aplikáciách s prirodzenou konvekciou, kde povrchová plocha obmedzuje výkon, väčší hliníkový chladič často prekonáva menší medený. Meď sa oplatí tam, kde je tepelný tok sústredený a priestor je tesný.

Ako vypočítam potrebný chladič?

Zoberte (maximálna povolená teplota – okolitá teplota) ÷ tepelné zaťaženie, aby ste získali celkový povolený odpor, odčítajte odpor spoja-k-obrázku z údajového listu a odpor rozhrania a zvyšok je rozpočet na chladič. Potom znížte výsledok o 20 – 30 % pre skutočné-svetové podmienky.

Koľko tepelnej pasty mám použiť?

Približne 0,1 – 0,2 g pre štandardný stolný procesor - gulička s priemerom približne 4 – 6 mm. Cieľom je po stlačení tenký súvislý film. Prebytočná pasta zvyšuje tepelný odpor a môže pretiecť do zásuvky.

Ktorý vzor nanášania je najlepší: bodka, čiara alebo nátierka?

Stredová bodka vyhovuje väčšine štvorcových rozdeľovačov tepla. Tenká línia funguje lepšie na predĺžených, ako je Intel LGA1700. Manuálne roztieranie poskytuje kontrolu nad neobvyklými tvarmi, ale riskuje zachytenie vzduchových bublín. Holé-komponenty matrice potrebujú úplné a starostlivé pokrytie bez ohľadu na metódu.

Môžem použiť tekutý kov namiesto pasty?

Len so skúsenosťami a len na poniklovanej{0}}mede. Gálium reaguje s hliníkovými základňami chladiča a ničí ich, zlúčenina je elektricky vodivá a prebytok preteká na blízke komponenty. Zvýšenie výkonu len zriedka odôvodňuje riziko pri štandardnej zostave.

Prečo mám po prepažení stále vysoké teploty?

V približnom poradí pravdepodobnosti: nerovnomerný alebo nedostatočný montážny tlak, ochranná fólia ponechaná na základni chladiča, naklonený chladič, slabé prúdenie vzduchu v skrinke alebo obrátené ventilátory, prach v rebrách alebo príliš veľa pasty. Demontáž chladiča a prečítanie tlačenej pasty zvyčajne okamžite identifikuje problém.

Ako často by sa mala tepelná pasta vymieňať?

Neexistuje žiadny pevný interval. Zhruba 3–5 rokov pre kancelárske stroje, 2–4 pre herné systémy, 1–3 pre vysoko zaťažené pracovné stanice. Vymeňte ho, keď sa teplota výrazne zvýši, keď zmes vyschne alebo praskne, alebo keď sa chladič uvoľní.

Zlepšuje užší rozstup rebier vždy chladenie?

Nie. Úzke kanály pridávajú oblasť, ale obmedzujú prúdenie vzduchu a prekrývajúce sa hraničné vrstvy robia veľkú časť tejto oblasti neúčinnou. Ak ventilátor nedokáže prekonať pridaný pokles tlaku, hustý chladič môže fungovať horšie ako hrubší. Rozstup je potrebné zvoliť podľa konkrétneho ventilátora alebo pri pasívnych prevedeniach proti prirodzenej konvekcii.

Môže chladič fungovať bez ventilátora?

Áno, v medziach. Pasívne chladenie funguje pri miernom tepelnom zaťažení, kryt umožňuje prirodzené prúdenie vzduchu, rebrá sú orientované vertikálne s veľkorysými rozostupmi a povrch je upravený tak, aby sa zvýšila emisivita. Ticho zlyhá, keď je pasívna časť inštalovaná v orientácii alebo ohradení, ktoré blokuje komínový efekt.

Ovplyvňuje eloxovanie tepelný výkon?

Zvyšuje emisivitu povrchu podstatne - zo zhruba 0,05 v prípade holého lešteného hliníka na približne 0.8 -, čo merateľne pomáha pasívnym dizajnom- závislým od žiarenia. V systémoch s núteným{5}}vzduchom je účinok okrajový a skutočnými výhodami sú odolnosť proti korózii, tvrdosť a elektrická izolácia.

Prečo LED diódy potrebujú chladiče, ak bežia chladne?

Objektív zostáva chladný; polovodičový prechod nie. LED diódy premieňajú podstatnú časť vstupnej energie na teplo na križovatke a zvýšená teplota spoja spôsobuje znehodnotenie lúmenu, posun farieb a drasticky skrátenú životnosť. Tepelný dizajn je to, čo určuje, či LED produkt dosiahne svoje menovité hodiny.