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数ブラウズ：3 著者：サイトエディタ 公開された： 2022-03-31 起源：パワード
ヒートシンクは、ほとんどすべての電子アセンブリ、オプトエレクトロニクス部品、およびパワーエレクトロニクスデバイスの不可欠な部品であることは間違いありません。この受動的熱交換器は、電子機器によって生成された熱を蒸発させ、車両がメーカーの指導する制限内で確実に動作するようにします。ヒートシンクを設計する際に考慮しなければならない重要な要素には次のようなものがあります。
l熱抵抗、
lフィンのサイズや形状、
l材料、
lフィン構成、
lフィン効率、
lヒートシンクの取り付け方法、
lサーマルインターフェースマテリアル。
さまざまなヒートシンクモデルを解析することで、最大の放熱を保証するパラメータと形状を取得できます。
また、高性能エレクトロニクスに対する新たな需要により、高速マイクロプロセッサと高いトランジスタ密度を備えた高度なエレクトロニクスの作成が必要となります。したがって、これらの電子機器のすべてのコンポーネントにおけるこの特定の技術的変更により、動作時の熱負荷が大幅に増加しました。したがって、多用途の熱管理システムには、電子機器の最適なパフォーマンスを確保するために適切なヒートシンク設計が理想的であるという特徴があります。
さらに、すべての電子機器のシステム障害を制限し、効率的な熱放散を確保するために、すべての電子機器に冷却効果をもたらすヒートシンクが理想的であると考えられる理由です。そこで、この記事では、次の質問に答えていきます: ヒートシンクはどのように機能するのですか?また、ヒートシンクの重要性、ヒートシンク設計の基本、電子機器のパフォーマンスを最適化するためにヒートシンク設計を最適化する方法についても説明します。早速入ってみましょう。
ヒートシンクには、電子機器で使用されるすべての機械部品が含まれており、補助冷却を挿入することで電気部品からの過熱を制限します。また、周囲環境に存在する電気部品 (主にパワー トランジスタ) からの熱も分散します。この環境は通常、空気と液体冷却剤などの低温の流体媒体になります。
ヒートシンクを通じた熱エネルギーの効率的な放散は、主に実際の設計に依存します。受動的な熱交換器であるヒートシンクの設計は、周囲環境への熱伝達が容易であることを保証する必要があります。そして、熱を押し出すプロセスは通常、伝導、放射、または対流によって行われます。場合によっては、上記の 3 つの熱伝達方法を組み合わせて説明されることもあります。効果的なヒートシンクの構築には、多くの要素を考慮する必要があります。以下では、ヒートシンクの作成プロセスを学ぶ前に含める必要がある重要な要素について説明します。
熱抵抗は、周囲と半導体の間の熱の流れの抵抗を説明します。環境は、冷却液または周囲空気である可能性があります。
特定のデバイスの熱抵抗を決定することは、ヒートシンクの選択時に重要です。放熱のために設計された経路には、熱抵抗を十分に含んだ理想的な量が必要だからです。これにより、熱伝達のプロセスがどのくらい速く起こるかが決まります。熱抵抗は、ヒートシンクの有効性によって温度の低下が存在するかどうかを説明します。考慮すべき要素もいくつかあります…
l材料
lフィンのサイズと形状
lフィン構成
l取付方法
lサーマルインターフェースマテリアル
ヒートシンクは通常、プロセッサまたはトランジスタです。メーカーは、すべての電子機器からのエネルギーを分散させるために、内蔵ファンとともに慎重に取り付けています。ただし、上記のすべてのヒートシンクがファンに接続されているわけではありません。ファンが取り付けられたシンクは「アクティブ ヒートシンク」として知られ、ヒートシンクのないものは「パッシブ ヒートシンク」とみなされます。
A ヒートシンク 電気部品からの過熱を制限する機能があるため、すべての電子製品において非常に重要です。したがって、デバイスは指定されたすべての温度で動作できます。以下に、ヒートシンクが重要となるその他の理由をいくつか示します。
ヒートシンクは、すべての電子回路コンポーネントから周囲に熱を伝達することで熱エネルギーを制御するすべての電子デバイスを維持します。
ヒートシンクは、その機能による部品の故障を防ぐため、電子機器の信頼性も向上します。
ヒートシンクは、電気回路内で温度低下が発生した場合にも熱を提供します。
これらの重要性に基づいて、ヒートシンクは現在、すべての電子機器に不可欠なコンポーネントとなっています。たとえば、それらは CPU (コンピュータの中央処理装置) の一部です。
ほとんどのヒートシンクには、導電性が高いため、銅合金に加えてアルミニウムが使用されています。アルミニウムは安価であると考えられており、延性があるため設計が容易であり、ヒートシンクの設計にも最適です。他にも様々な素材があります。たとえば、銅は熱伝導率が非常に高く、耐食性があるため、一般にヒートシンク設計の一部として使用されます。ただし、アルミニウムは最も効率的な主要な材料としても知られています。この組み合わせは、ヒートシンク構造のすべてのモジュールに採用できるため、ますます効果的であることが証明されています。
サーマルインターフェースマテリアルは、ヒートシンク間のすべての空間を構成する材料として知られています。通常は空気です。ただし、メーカーによってはマイカなどの他の可変材料も使用している場合があります。また、サーマルインターフェースマテリアルは電子デバイスの熱抵抗を低下させ、すべての熱エネルギーの高速伝達を可能にします。
デバイスを通じて発生する熱は、関連するコンポーネントの発熱の合計です。それ以来、熱を効果的に放散することが容易ではないため、コンポーネントの熱抵抗は大きく変化しています。すべての電子デバイスからの熱の流れの効率を保証するには、熱抵抗を最小限に抑える必要があります。これは、サーマルマテリアルとインターフェースマテリアルを組み込むことで可能になります。
特定のデバイスから冷媒が必要な媒体へのすべての熱の効率的な放散はすべて、各フィンの配置に依存します。 ヒートシンク 通常、設計にはヒートシンクの構築中にはんだ付けされるフィンが搭載されています。これらのフィンの向きにより表面積が大きくなり、空気がヒートシンクに沿って通過できるようになります。したがって、これらは冷却プロセスにおいて非常に重要かつ不可欠です。
したがって、ヒートシンクのフィンは効率的であり、フィンの必要な形状に依存します。さらに、電子デバイスからの熱の対流の有効性を確保し、特定のデバイスとヒートシンクの冷却を保証するために考慮する必要があります。
適切な取り付け方法をすべて選択することで、すべてのヒートシンクの有効性が向上します。この選択プロセスでは、取り付け方法が適切であるかどうかを決定する前に、デバイスの機械的要件と熱的要件を考慮する必要があります。
そのため、電子デバイスにヒートシンクを取り付ける方法は数多くあります。一般的な方法は次のとおりです。
lサーマルテープ。
lワイヤークリップ
lプラスチック製のクリップ。
lプッシュピン。
lスプリング式ネジ。
ヒートシンクの設計には、熱抵抗に関連するいくつかの計算をすべて理解することが必要です。以下の式は、熱抵抗 (Rhs) の計算に使用されます。
Rhs = (Tj-Tmb/P) – (Rth-jc) – リンインターフェース
Tj: デバイスの最大ジャンクション温度 (0℃)。
Rth-jc: 接合部から熱抵抗まで
Tamb: 周囲気温 0℃
P：熱源からの放熱量
リンインターフェース: 熱インターフェース材料抵抗
リンインターフェース = (ティント/Ls x Ws x リンインターフェース)
ティンターフェイス: サーマルインターフェースマテリアルの厚さ
kinterface: 界面材料の熱伝導率
Ls：熱源の長さ
Ws：熱源の幅
上記の基本的な理解に伴う計算の知識。したがって、半導体の最高動作温度よりも大きな熱抵抗を得る場合には、すべてのヒートシンク設計に同様のパラメータを調整して組み込むことが簡単になります。また、上記の式から、熱源温度が最低になるようなヒートシンクの最適な寸法を計算することもできます。
ヒートシンクは、特に電子機器において広範囲に応用されています。その理由は、これらすべてのデバイスが動作中に大量の熱を生成し、温度のバランスを保つことができないためです。この発生した熱は、あらゆる電子機器のすべての半導体のパフォーマンスに影響を与える可能性があります。したがって、すべてのコンポーネントに障害が発生すると、最終的には接続されているデバイスが損傷することになります。
あらゆる電子デバイスの熱性能を徹底的に分析することは、間違いなく困難な作業です。ヒートシンクの設計では、ダイオード、トランジスタ、集積回路、電圧レギュレータなどのすべての電気部品の周囲から熱を除去することで、これらすべてのデバイスに補助的な冷却を提供する必要があります。
ヒートシンクの設計は性能の有効性を保証するために慎重に構造化されているため、ヒートシンクは非常に重要であると考えられています。したがって、多くのことを考慮する必要があります。この記事では、ヒートシンクの設計に役立つすべての要素について説明しました。また、ヒートシンクの仕組みに関する質問への回答や、設計ガイドに含めるべきヒントも提供しました。
