Kuinka valita alumiinikotelomateriaalia, jolla on erilaiset lämmönpoisto-ominaisuudet elektroniikkatuotteille

Suorituskykyisen{0}}elektroniikan maailmassa lämpö on äärimmäinen hiljainen tappaja. Kun komponentit kutistuvat ja tehotiheydet nousevat, laitteen "lämpöbudjetti" usein sanelee sen onnistumisen tai epäonnistumisen. Insinööreille ja tuotesuunnittelijoille oikean valintaalumiiniset elektroniikkakotelotei ole enää vain estetiikkaa tai rakenteellista eheyttä{0}}se on kriittinen lämmönhallintapäätös.

Alumiini on alan standardi syystä: se tarjoaa poikkeuksellisen lujuus{0}}/-painosuhteen ja mikä tärkeintä, korkean lämmönjohtavuuden. Kaikkea alumiinia ei kuitenkaan ole luotu tasa-arvoiseksi. Seoksen koostumuksesta valmistusprosessiin ja pinnan viimeistelyyn jokainen muuttuja muuttaa sitä, miten lämpö siirtyy piirilevyltäsi ympäröivään ilmaan.

1. Fysiikka miksi alumiini voittaa

Ennen kuin valitset seoksen, on tärkeää ymmärtää, miksi käytämme alumiinia muiden materiaalien, kuten teräksen tai muovin, sijaan. MukaanLämmön- ja massansiirron perusteetIncroperan ja DeWittin mukaan jäähdytyselementin tai kotelon hyötysuhde riippuu suurelta osin sen lämmönjohtavuudesta (κ).

• Polykarbonaatti/ABS ≈0.2 W/m·K
• Ruostumaton teräs 304 ≈16 W/m·K
• Alumiiniseokset ≈ 90 – 230 W/m·K

Alumiinin kyky siirtää lämpöä on lähes 15 kertaa suurempi kuin ruostumattoman teräksen ja satoja kertoja suurempi kuin muovin. Kun laitat komponentit sisäänalumiiniset elektroniikkakotelot, koko alustasta tulee "lämmönlevittäjä", joka lisää konvektion tehollista pinta-alaa.

2. Seoksen valinta: johtavuus vs. valmistettavuus -kauppa-

Koteloteollisuudessa maisemaa hallitsee kolme erityistä metalliseosperhettä. Niiden välillä valitseminen edellyttää lämmön ja suunnittelun monimutkaisuuden tasapainottamista.

6063 Alumiini: Ekstruusiokuningas

Jos mallisi vaatii integroidut jäähdytysrivat, 6063 on ensisijainen ehdokas. Sitä kutsutaan usein "arkkitehtoniseksi alumiiniksi", ja se on erittäin suulakepuristettava.

• Lämmönjohtavuus≈ 200-210 W/m·K.
• Paras:Jäähdytyslevyt, LED-kotelot ja modulaariset telinekotelot{0}}.
• Miksi:Sen korkea pii- ja magnesiumpitoisuus on optimoitu "työntää" muotin läpi säilyttäen samalla erinomaiset lämpöpolut.

6061 Alumiini: Rakennevoimala

Kun kotelosi on kestettävä suurta mekaanista rasitusta tai vaatii laajaa CNC-työstöä, 6061 on vakio.

• Lämmönjohtavuus≈ 150-170 W/m·K.
• Paras:Ilmailu-avaruuskomponentit, kestävät teollisuustietokoneet ja jyrsityt--kiinteistä (aihioista) koteloista.
• Miksi:Vaikka sen lämmönjohtavuus on noin 20 % pienempi kuin 6063, sen ylivoimainen myötöraja tekee siitä välttämättömän suojakoteloissa.

ADC12 / A380 (muotti{2}}valuseokset)

Suuren-volyymin tuotannossa monimutkaisilla 3D-geometrioilla paine-valu on kustannustehokkain menetelmä. Valumetalliseosten käytöstä peritään kuitenkin "lämpövero".

Lämmönjohtavuus≈ 90-100 W/m·K.

Paras:Autojen ECU:t, tietoliikennelaitteet ja kulutuselektroniikka.

Miksi:Korkea piipitoisuus (jopa 12 %), joka tarvitaan sulan metallin virtaamiseen monimutkaisiin muotteihin, rikkoo alumiinin kidehilan, mikä vähentää merkittävästi sen kykyä johtaa lämpöä muokattuihin metalliseoksiin verrattuna. [1]

3. Valmistusprosessien vaikutus lämmönkestävyyteen

Tapa, jolla rakennat omasialumiiniset elektroniikkakotelotluo "Thermal Interface Resistances". Termodynamiikassa järjestelmän kokonaislämpövastus on yksittäisten osien summa:

Jos kotelo on tehty useista yhteen pultatuista levyistä, näiden levyjen väliset mikroskooppiset raot toimivat eristeinä.

1. CNC koneistettu (monoliittinen):Kotelon veistäminen yhdestä 6061-lohkosta tarjoaa pienimmän lämpövastuksen, koska siinä ei ole liitoksia. Lämpö virtaa saumattomasti jalkalistalta ulkoseinille.

2. Pursotettu (profiili-pohjainen):Puristetut "holkit" tarjoavat erinomaiset lateraaliset lämpöreitit, mutta vaativat pääty-levyjä. Jos lämpöä -tuottava komponentti asennetaan pääty-levyyn pääprofiilin sijaan, tehokkuus laskee.

3. Die{0}}Näyttelijät:Vaikka materiaalin johtavuus on pienempi, kyky heittää "integroituja" tappeja ja monimutkaisia ​​ripoja suoraan runkoon voi usein kompensoida materiaalin alempaa κ-arvoa lisäämällä rajusti konvektion pinta-alaa.

4. Pintakäsittely: Säteily ja emissiivisyys

Yleinen väärinkäsitys alalla on, että pintakäsittely on puhtaasti "ulkonäköä". Todellisuudessa viimeistely määrittää kotelonemissiivisyys, joka on kyky lähettää energiaa säteilyn kautta.

mukaanAlumiinin anodisoijien neuvosto, paljaalla alumiinilla on erittäin alhainen emissiokyky (≈ 0,05), mikä tarkoittaa, että se on kauheaa säteilemään lämpöä.

• Anodisointi (kirkas tai musta):Tämä prosessi luo huokoisen oksidikerroksen, joka voi nostaa emissiivisuuden arvoon ≈ 0,80 – 0,90. Yleisistä myyteistä huolimatta väreillä on mitätön vaikutus lämpösuorituskykyyn sisätiloissa; kuitenkin,Musta anodisointion suositeltava ulkokäyttöön auringon absorption ja infrapunasäteilyn hallitsemiseksi paremmin. [2]
• Jauhemaalaus:Vaikka jauhemaalaus on esteettisesti monipuolinen, se on pohjimmiltaan muovikerros. Se toimii lämmöneristeenä.
• Kromaattimuunnos (Alodine/Chem{0}}kalvo):Erinomainen sähkönjohtavuuden ylläpitämiseen (maadoitus) ja samalla kohtuullinen korroosionkestävyys ilman paksun jauhemaalin lämpöeristystä.

5. Geometrinen optimointi: evät ja seinämän paksuus

"Fin Efficiency" on kriittinen laskelma jäähdytyselementtien suunnittelussa. Jos evät ovat liian pitkiä ja ohuita, kärjet muuttuvat hyödyttömiksi, koska lämpö ei pääse niihin käsiksi. Jos ne ovat liian paksuja, ne vähentävät ilmavirran tilaa.

sisäänKoteloiden suunnittelu elektroniikkaa varten(Scottin, 2012 alan viittaus), on huomattava, että luonnollisessa konvektiossa evien välinen etäisyys on tärkeämpi kuin evien korkeus. Jos rivat ovat alle 6-8 mm:n etäisyydellä toisistaan, ilman "rajakerrokset" menevät päällekkäin, mikä tukahduttaa ilmavirran ja aiheuttaa laitteen ylikuumenemisen. [3]

Kun suunnittelet omasialumiiniset elektroniikkakotelot, harkitse suuntausta. Lämpö nousee; siksi pystysuorat evät ovat aina parempia kuin vaakasuorat rivat luonnollisessa konvektioympäristössä.

6. Yhteenveto: Päätösmatriisi

Johtopäätös

Oikean materiaalin valintaalumiiniset elektroniikkakoteloton moniulotteinen suunnitteluhaaste. Ymmärtämällä, että kotelo ei ole vain "laatikko", vaan lämpöpiirisi aktiivinen komponentti, voit pidentää merkittävästi elektroniikkasi käyttöikää ja estää kalliita kenttävikoja.

Viitteet

• [1] Lämmönsiirto: Käytännön lähestymistapa, Yunus A. Çengel.
• [2] Alumiinin ja sen seosten pintakäsittely ja viimeistely, PG Sheasby ja R. Pinner.
• [3] Elektronisten laitteiden jäähdytystekniikat, Dave S. Steinberg.