Электроника сильно зависит от радиаторов для отвода тепла, так как перегрев является одной из основных причин выхода электроники из строя. Производительность радиатора во многом определяется тем, насколько эффективно он отводит тепло от электронного компонента и процессора.
Хотя существует множество различных типов радиаторов, наиболее широко используемым типом является экструдированный алюминиевый радиатор. Напротив, производительность индивидуального радиатора, изготовленного на станке с ЧПУ, не имеет себе равных, особенно когда речь идет о компактных пространствах.
Обработка на станках с ЧПУ предоставляет проектировщику максимальную свободу проектирования, позволяя создавать сложные конструкции ребер, улучшать плоскостность основания и, в качестве бонуса, объединять несколько крепежных элементов в одной установке. Другими словами, обработка радиаторов на станках с ЧПУ дает производителю максимальную гибкость, чтобы обеспечить именно то, что требуется для эффективного охлаждения продукта без добавления лишнего материала или затрат.
Это руководство предлагает вам ряд рекомендаций по выбору стратегий проектирования, материалов, а также ключевые правила DFM (проектирование с учетом технологичности изготовления), которые помогут вам создавать высокопроизводительные продукты, не тратя чрезмерные суммы из-за проектирования изделия, сложного в производстве.
Чтобы разработать рекомендации по проектированию, необходимо сначала понять двухэтапный процесс работы любого радиатора: тепло должно поглощаться от компонента, а затем удаляться через воздух.
Теплопроводность определяет, насколько быстро тепло проходит через материал радиатора: для меди она составляет около 400 Вт/м·К, а для алюминия — около 200 Вт/м·К. Таким образом, теоретически медь превосходит алюминий, но не всегда.
Вот область, которую многие инженеры могут упустить из виду: поток воздуха вокруг ребер радиатора ограничивает количество тепла, которое может быть отведено от радиатора, а не теплопроводность, когда тепло достигает этой области. На самом деле, алюминий более жесткий (при тонком поперечном сечении), легче и гораздо более экономичен по сравнению с медью; поэтому почти во всех системах с воздушным охлаждением использование алюминия обеспечивает наилучший общий баланс производительности радиатора.
| Свойство | Алюминий (6061-T6) | Медь (C110) |
| Теплопроводность | ~167 Вт/м·К | ~385–400 Вт/м·К |
| Вес (плотность) | 2.70 г/см³ | 8.96 г/см³ |
| Относительная стоимость | 1x (базовый уровень) | Выше в 3–4 раза |
| Обрабатываемость | Отличная | Умеренная (вязкая) |
Итак, когда стоит выбирать медь? Когда у вас есть небольшой, концентрированный источник тепла — мощный процессор или лазерный диод — и вам нужно отвести тепло чрезвычайно быстро, прежде чем его распространить. Для всего остального алюминий 6061 или 6063 обеспечивает наилучшее соотношение производительности к весу, не разрушая ваш бюджет.
Различные методы производства будут хорошо работать для разных способов охлаждения, но у всех будут свои компромиссы по цене, гибкости проектирования и тепловым характеристикам.
При скосе (skiving) металлическое лезвие ножа срезает тонкие полоски (чешуйки) с исходного блока материала. Металл, из которого изготовлен радиатор, затем может быть соединен с противоположной стороной основания без теплового шва. Таким образом, тепло проходит непосредственно от основания к ребрам без какого-либо сопротивления.
Причины приобрести радиаторы со скошенными ребрами:
Наиболее термически эффективные (без соединительных швов)
Можно создавать очень тонкие ребра (до 0,5 мм)
Очень плотные ребра обеспечивают компактные конструкции
Ребра могут быть выше, чем у экструдированных радиаторов.
Единственный недостаток здесь в том, что ребра могут быть склонны к изгибу при грубом обращении. Тем не менее, для тех применений, где важен каждый градус охлаждения, скос (skiving) часто является идеальным методом (например, автомобильные IGBT-модули, лазерные диоды, мощные светодиодные матрицы).
Экструдированный радиатор состоит из прямых ребер, изготовленных как единая линейная деталь, путем пропускания нагретого алюминиевого материала через экструзионную матрицу, что создает удлиненный профиль, который затем разрезается на части нужной длины после выхода из матрицы. Этот метод считается самым быстрым и экономически эффективным способом производства радиаторов. Однако он ограничен с точки зрения типов соотношений сторон и геометрий, которые можно получить, т.е. вы не сможете изготовить экструдированный радиатор с поперечными прорезями, угловыми ребрами или массивами штырьковых ребер.
При обработке радиаторов со связными и "zipper" ребрами отдельные ребра изготавливаются отдельно, а затем вставляются или приклеиваются в пазы обработанного основания, что позволяет получить значительно более плотные и высокие ребра, чем при обработке экструдированных радиаторов. При складывании ребер вместе в радиаторе с "zipper" ребрами получается очень плотно упакованная конструкция ребер.
Компромисс для обоих методов (связных и "zipper") заключается в том, что соединительные швы создают очень небольшое тепловое сопротивление по сравнению с цельной конструкцией. Однако для крупносерийных применений, где доступный поток воздуха ограничен, преимущество дополнительной площади поверхности обычно перевешивает это небольшое увеличение теплового сопротивления.
Штырьковые ребра изготавливаются в виде цилиндрических или квадратных стоек и располагаются таким образом, что обеспечивают отличную производительность охлаждения во всех направлениях за счет использования всенаправленного потока воздуха. Использование штырьковых ребер позволяет получить более компактную конструкцию радиатора, максимально увеличивая общую площадь поверхности, поэтому обработка радиаторов со штырьковыми ребрами является наиболее предпочтительным вариантом для компактных радиаторов.
Узнайте больше о наших услугах по прецизионной обработке на станках с ЧПУ для производства радиаторов.
| Требование | Экструдированный радиатор | Радиатор, обработанный на ЧПУ |
| Объем | Средний и высокий | Низкий и средний |
| Сложность | Простые прямые ребра | Штырьковые ребра, поперечные прорези, угловые ребра, сложные основания |
| Точность | Умеренная (ограничения экструзионной матрицы) | Высокая (жесткие допуски) |
| Прототипирование | Медленное (матрицы изготавливаются неделями) | Быстрое (без оснастки) |
| Выбор материалов | Только алюминий | Алюминий, медь, латунь, пластики |
Для прототипирования радиаторов ЧПУ является явным победителем. Вы получаете функциональную металлическую деталь за дни, а не за недели. А когда вы переходите к серийному производству радиаторов, та же программа ЧПУ легко масштабируется.
Повышение тепловых характеристик — это не просто добавление большего количества ребер. Плохой воздушный поток полностью сводит на нет хорошую геометрию. Вот правила проектирования, которые действительно работают.
Ваши ребра должны быть обрабатываемыми. Слишком тонкие — они изгибаются при резке. Слишком плотные — стружка застревает, нагревая вашу деталь вместо ее охлаждения.
| Параметр | Минимум для алюминия | Минимум для меди |
| Толщина ребра | 0,8 мм
Сопутствующие услуги точной механической обработки
Больше новостей о точной механической обработке
|
Английский 
日本語 
한국어 
français 
Deutsch 
Español 
русский 
العربية 
