ヒートシンクの解析

ヒートシンクの基本sp

ヒートシンク は、電子機器を冷却するための最も基本的なコンポーネントの 1 つです。独自の伝導冷却では適切に冷却できず、ヒートシンクよりも効率的な冷却が必要な熱源の場合、熱源から熱を遠ざけ、より最適化された伝導または対流によって熱を放散するヒートシンクが必要です。

ラジエーターは主にベースとフィンで構成されています。ベースは通常、熱源と接触し、ホットスポットからフィンに熱を拡散する平らな面です。フィンは任意の数の幾何学的形状に切断または構築することができ、通常は熱を分散させるためにベースに対して垂直になります。目標は、ヒートシンクの表面積を最適化して、最大限の熱が伝達および放散されるようにすることです。

まれな例外を除き、ヒートシンクは熱伝導性の金属、最も一般的にはアルミニウムでできています。熱伝導率が 235 W/ケルビン/メートルであるアルミニウムは軽量で安価であるため、軽量でコスト効率の高いラジエーターに最適です。銅も人気のある選択肢です。銅はより高価で重いですが、熱伝導率が 400 W/mK と高いため、高性能アプリケーションには銅が必要になる場合があります。

最後に、エンジニアは通常、ヒートシンクを「自然」対流または「強制」対流として分類します。自然対流 (パッシブ) ヒートシンクは表面積を最大化し、アクティブ コンポーネントを追加することなく熱を伝導します。強制対流 (アクティブ) ラジエーターは、ファンやブロワーなどのコンポーネントを使用して冷たい空気をフィン全体に強制的に送り、乱流を生成してラジエーターの冷却性能を向上させるように設計されています。

1.スタンピングボードレベル

ボードレベルのヒートシンクは、 打ち抜き加工または押し出し加工が可能です。打ち抜きラジエーターは、順送り打ち抜きプロセスを経たシートメタルから作られ、各金属打ち抜きが打ち抜き金型を通過する際に詳細と機能が追加されます。プレス加工されたヒートシンクの形状は、特定の電子パッケージ タイプに合わせて設計されており、PCB 上で最適なフィット感と機能性を確保します。これらのヒートシンクは、ファンの追加に基づいてパッシブまたはアクティブにすることができ、ボードまたはシステム全体の空気の流れを増やすためによく使用されます。

アドバンテージ：

ａ．低電力アプリケーションに最適 (0 ～ 5 W)

b.素早く簡単に組み立てるためのオプション

c.低コスト

d.スケーラブルな大容量

e.すべてのパッケージタイプのカタログオプション

欠点:

ａ． 5Wを超えるアプリケーションには適していません

b.サイズ制限、50mm以下

c. 1 つのデバイスでのみ使用できます - 複数の熱源を冷却するためには使用できません

2.アルミ押出材

押し出しアルミニウムは、最も一般的でコスト効率の高い製造方法の 1 つです。押し出しラジエーターのサイズは、ボードレベルのアプリケーション向けの小型のものから中出力アプリケーション向けの大型のものまで、アプリケーションによって異なります。フィンの形状と間隔に応じて、パッシブまたはアクティブ冷却用に設計できます。ボードレベルの押し出し成形ヒートシンクは、BGA や FPGA などのパッケージで一般的です。

適切な 押出成形ヒートシンクの選択は 、希望するフォームファクターに大きく依存します。押出ヒートシンクは、フィンの密度、間隔、長さ、ベースの高さと幅を決定するプロファイル金型を作成することによって作成されます。軟化したアルミニウムを金型に押し込んで、金型と同じプロファイルと寸法をもつ生ロッドと呼ばれる長い棒を形成します。次に、バーは、より小さい標準形状のバー/長方形またはカスタムの長さに切断されます。これらをさらに機械加工して仕上げて、カスタムラジエーターを作成します。このプロセスは高速でコスト効率が高く、スケーラブルです。そのため、多くの人が解決策を探すときに最初に押出成形ヒートシンクを検討します。

アドバンテージ：

ａ．低電力から中電力のアプリケーションに最適

b.迅速かつコスト効率が高い

c.スケーラブルな大容量

d.簡単なカスタマイズ

e.熱抵抗を抑えた一体型構造

欠点:

ａ．高電力用途には適さない

b.サイズ制限: 幅約 23 インチ x 長さ約 47 インチ以下

c.大きいサイズの仕上げの制限

3.スカイブドフィンヒートシンク

スカイビング加工は、単一の金属片から作られた材料を加工する方法で、ベースの上部から層をスライスします。層はベースに対して垂直に折り畳まれ、このプロセスが定期的に繰り返されてフィンが作成されます。ワンピース構造は、フィンとベースの間に継ぎ目や素材がないため、熱抵抗を低減します。また、このプロセスにより、フィンの密度が高く、フィンの形状が薄くなるため、ヒートシンクの表面積が大きくなり、熱伝達性能が向上します。

押し出し成形ヒートシンクとは異なり、 スカイブドフィンヒートシンクは 工具や複数のステップに依存しません。代わりに切削工具を使用するため、工具コストが削減され、設計の柔軟性が向上し、プロトタイピングが迅速化されます。

アドバンテージ：

ａ．より効率的な冷却とより優れたパフォーマンス

b.薄いフィンと高いフィン密度の機能

c.金型コストの削減

d.経済的な銅製造

欠点:

ａ．高電力用途には適さない

b.サイズ制限

c.薄いフィンは壊れやすい可能性があります

d.大量には適さない

4.接着フィンとろう付けフィンヒートシンク

接着 フィンヒートシンク は、熱伝導性接着剤 (通常はリングオキシ樹脂または溶接) 接続で接着された溝または谷とフィンを備えた押出成形または機械加工されたベースで構成される 2 ピースのアセンブリです。構造の完全性と熱的性能を向上させるために、これらの構造は熱的および機械的結合を強化するためにろう付けされることがあります。

フィンは通常、コイル素材から打ち抜かれるか、薄いシート素材から切り出されますが、ベースは通常、押出成形、ダイキャスト、または機械加工されます。ベースには、さらに高いパフォーマンスを実現するために、埋め込みヒート パイプやベーパー チャンバーなどの追加の熱統合が含まれる場合もあります。より多くのより長いフィンと追加のカスタマイズをサポートすることにより、接着ヒートシンクはより小さな設置面積でより高いパフォーマンスとより大きな表面積を提供します。

アドバンテージ：

ａ．設置面積が小さく、スペースに制約のあるアプリケーションに最適

b.高い熱性能

c.強制対流に適しており、気流の長さに制限はありません

d.フィンの間隔を狭くする

e.高いフィンアスペクト比

f.統合が容易で、設計の柔軟性が高い

g.金型コストの削減

欠点:

ａ．振動や衝撃の多い用途には適していません

b.熱抵抗を0.01℃/W未満にする必要がある場合には使用できません。

5.ジッパーフィンヒートシンク

ジッパー フィン スタックは、インターロック機能を使用して一緒に折り畳まれ、ジッパーで開閉する一連の個別の打ち抜きシートメタルフィンから作られています。フィンの長さとギャップはプレス金型によって異なります。用途の要件に応じて、フィンを閉じてフィン付きダクトを形成したり、多方向の空気流を得るために開いたままにすることもできます。フィンスタックは、完全な熱アセンブリを実現するために、ヒートシンクベースまたはヒートパイプに溶接、ろう付け、またはエポキシで接着されることがよくあります。上部と下部のフィンを接続することで機械的安定性が向上し、ヒートシンクの耐久性が向上します。ジッパー フィン スタックは、高度な設計の柔軟性を提供し、組み込みおよび輸送用ヒート パイプやベーパー チャンバーからファンや大規模システムに至るまで、さまざまなテクノロジーを使用した高度に統合されたソリューションで使用できます。

アドバンテージ：

ａ．高い熱性能

b.強制対流に最適

c.統合が容易で、設計の柔軟性が高い

d.金型コストの削減

e.軽量化

f.ヒートパイプの効率向上に使用可能

g.機械的完全性の向上

欠点:

低熱抵抗要件のいくつかの制限

6.フォールディングフィン

折り畳みフィンは 、金属シートを折り畳みプロセスにかけることで構築され、より大きな表面積を持つさまざまな幾何学的形状を作成します。これらのフィンは液体冷却プレートを含むさまざまなテクノロジーで使用できます。多くの場合、それらはベースに接着またははんだ付けされてヒートシンクを形成します。

アドバンテージ：

ａ．表面積とフィン効率の増加

b.高い熱流束密度

c.より多くの材料オプション

d.軽量

欠点:

ａ．空気がラジエーターに直接配管されている場合に最適です

b.より高い費用が発生する可能性がある

7.ダイカストヒートシンク

ダイカスト 製ヒートシンク は一体構造です。これらは主に、重量に敏感な用途、優れた表面品質が必要な用途、または非常に複雑な形状を有する用途での大量生産を目的としています。これらのソリューションは、熱伝導性合金をニアネットシェイプのカスタム金型に流し込み、軽く機械加工して仕上げて最終製品を得ることで実現されます。

アドバンテージ：

ａ．大量生産、高性能アプリケーションに最適

b.複雑な形状に最適

c.熱抵抗が低い、またはない

欠点:

ワンオフ金型の初期コストが高い

多様なヒートシンクに対して、 Winshare Thermal Energy は専門的なカスタマイズ機能と多様なアプリケーション市場を備えており、顧客のさまざまなシステムに合わせて冷却製品をカスタマイズできます。それまでの間、私たちはラジエーターを設計する際に多くの要素を考慮し、ラジエーターの設計の最適化と改善を続けていきます。ヒートシンクに関するその他の質問がある場合、またはビジネスに適した冷却ソリューションが必要な場合は、お気軽にコメントを残すか、電子メールで Winshare にお問い合わせください。