Optimaliseer het ontwerp van uw koellichaam:principes en vier praktische tips

De stijgende vraag naar hoogwaardige elektronica heeft geleid tot de productie van geavanceerde elektronica met snelle microprocessors en hoge transistordichtheden. Deze technologische wijziging in de componenten van dergelijke elektronica heeft geleid tot een verhoogde warmtebelasting tijdens bedrijf. Daarom is een thermisch beheersysteem met het juiste ontwerp van het koellichaam ideaal om optimale prestaties van de elektronica te garanderen.

Om systeemstoringen van de elektronica te voorkomen en een efficiënte warmteafvoer te garanderen, zijn koellichamen ideaal voor het leveren van verkoelende effecten in de elektronica. Daarom zouden we in dit artikel antwoord geven op de vraag:hoe werkt een koellichaam? We zouden ook het belang van een koellichaam onderzoeken, de basisprincipes van een koellichaamontwerp en hoe een koellichaamontwerp kan worden geoptimaliseerd voor optimale elektronische prestaties. Laten we er meteen in duiken.

Basisprincipes ontwerp koellichaam

Een koellichaam is een mechanisch onderdeel dat in elektronische apparaten wordt gebruikt om oververhitting van elektrische onderdelen te voorkomen door aanvullende koeling te bieden. Het voert warmte af van een elektrische component, meestal een vermogenstransistor, naar de omgeving. Deze omgeving is meestal een vloeibaar medium met een lagere temperatuur, zoals lucht of een vloeibaar koelmiddel.

Koellichamen bevinden zich meestal in transistors of processors. Fabrikanten voorzien ze van een ingebouwde ventilator om de energie van de elektronica af te voeren. Niet alle koellichamen hebben echter een aansluiting op een ventilator. Degenen met een ventilatorbevestiging zijn 'actieve koellichamen' en die zonder koellichaam staan ​​bekend als 'passieve koellichamen'.

Belang van het gebruik van koellichamen

Een koellichaam is belangrijk in de meeste elektronische producten vanwege het vermogen om oververhitting van elektrische componenten te voorkomen. Daarom kan het apparaat bij de opgegeven temperatuur werken. Hieronder staan ​​andere redenen waarom koellichamen belangrijk zijn.

• Onderhoud van thermische energie

Een koellichaam handhaaft de gecontroleerde thermische energie van het elektronische apparaat door warmte van de elektronische circuitelementen naar de omgeving over te dragen.

• Verbetert de elektronische betrouwbaarheid

Een koellichaam verbetert de betrouwbaarheid van elektronische apparaten omdat het door zijn functie uitval van componenten voorkomt.

• Het zorgt ook voor warmte

Koellichamen zorgen voor warmte in het geval van een temperatuurdaling in het elektrische circuit.

Vanwege dit belang zijn koellichamen nu essentiële componenten van veel elektronische apparaten. Ze maken bijvoorbeeld deel uit van de centrale verwerkingseenheid van computers.

Toepassingen

Koellichamen hebben een breed scala aan toepassingen, vooral in elektronische apparaten. De reden is dat deze apparaten tijdens het gebruik een grote hoeveelheid warmte genereren en hun temperatuur niet kunnen matigen. Deze gegenereerde warmte kan de prestaties van halfgeleiders in het elektronische apparaat beïnvloeden. Met als gevolg uitval van componenten en uiteindelijk schade aan het apparaat.

Het is een hele opgave om de thermische prestaties van elk elektronisch apparaat te analyseren. Daarom is het ontwerp van koellichamen bedoeld om deze apparaten aanvullende koeling te bieden door warmte af te voeren naar de omgeving van elektrische componenten zoals diodes, spanningsregelaars, transistors en geïntegreerde schakelingen.

Factoren en tips bij het ontwerpen van een koellichaam

De effectieve dissipatie van thermische energie door een koellichaam is grotendeels afhankelijk van het ontwerp. Als passieve warmtewisselaar moet een koellichaamontwerp een gemakkelijke warmteoverdracht naar zijn omgeving mogelijk maken. Dit proces van warmteoverdracht is meestal door geleiding, convectie of straling. Soms is het een combinatie van deze drie warmteoverdrachtsmethoden. Voor een efficiënte constructie van het koellichaam zijn er veel factoren waarmee rekening moet worden gehouden. Hieronder vindt u een uitleg van de overtuigende factoren die u moet opnemen voordat u leert hoe u een koellichaam kunt maken.

Thermische weerstand

Thermische weerstand verwijst naar de weerstand tegen de warmtestroom tussen de halfgeleider en de omgeving. De omgeving kan omgevingslucht of een koelvloeistof zijn.

Het bepalen van de thermische weerstand van een apparaat is belangrijk bij de selectie van koellichamen. Dit komt omdat het pad voor warmteafvoer een aanzienlijke hoeveelheid thermische weerstand moet hebben. Dit zal op zijn beurt bepalen hoe snel de overdracht van warmte plaatsvindt. Thermische weerstand zorgt voor de efficiëntie van een koellichaam omdat het laat zien of er een temperatuurdaling is.

Materialen die worden gebruikt in warmteontwerp

· Materiaal koellichaam

De meeste koellichamen zijn afkomstig van aluminium- en koperlegeringen omdat ze zeer geleidend zijn. Aluminium is minder duur en het is ideaal vanwege de ductiliteit die het gemakkelijk maakt om het te ontwerpen voor het maken van koellichamen. Er zijn andere materialen. Zo maakt koper, vanwege zijn hoge thermische geleidbaarheid en corrosieweerstand, gewoonlijk deel uit van het ontwerp van het koellichaam. Aluminium is echter het meest dominante materiaal. Deze combinatie is effectiever gebleken en kan worden toegepast in uw module voor de constructie van koellichamen.

· Interfacematerialen

Thermische interfacematerialen zijn het materiaal dat de ruimte tussen het koellichaam vormt. Het is normaal gesproken lucht. Sommige fabrikanten gebruiken echter andere materialen zoals mica. Thermische interfacematerialen verlagen de thermische weerstand van een elektronisch apparaat en zorgen voor een snelle overdracht van thermische energie.

De warmte die door het apparaat wordt gegenereerd, is een optelsom van de warmteopwekking van de component. Omdat het onderdeel een wisselende thermische weerstand heeft, is het niet eenvoudig om een ​​effectieve warmteafvoer te garanderen. Minimaliseer de thermische weerstand om een ​​effectieve warmtestroom van het elektronische apparaat te garanderen. Dit is mogelijk door een thermisch interfacemateriaal op te nemen.

Vorm en opstelling van vinnen

De efficiënte afvoer van warmte van het apparaat naar een koelmedium hangt ook af van de lamellenopstellingen. Het ontwerp van het koellichaam heeft normaal gesproken vinnen die zijn gesoldeerd tijdens de constructie van het koellichaam. Deze oriëntatie van de vinnen is bedoeld om een ​​oppervlak te verschaffen dat lucht door het koellichaam laat passeren. Daarom zijn ze cruciaal in het koelproces.

Daarom hangt de efficiëntie van de koelvinvin af van de vorm van de vinnen en u moet er rekening mee houden om een ​​effectieve convectie van warmte van het elektronische apparaat te garanderen en op zijn beurt de koeling van het apparaat en het koellichaam te garanderen.

Bevestigingsmethoden voor koellichamen

De effectiviteit van koellichamen zal verbeteren door een geschikte bevestigingsmethode te kiezen. Dit selectieproces moet rekening houden met de thermische en mechanische vereisten van het apparaat alvorens te beslissen welke bevestigingsmethode het meest geschikt is.

Hoewel er veel methoden zijn om een ​​koellichaam aan een elektronisch apparaat te bevestigen. Veelgebruikte methoden zijn:

– Thermische tapes.

– Draadclips

– Kunststof clips.

– Push-pins.

– Veerbelaste schroeven.

Thermische weerstandscalculator voor ontwerp met koellichaam

Het ontwerpen van een koellichaam gaat ook gepaard met het begrijpen van enkele berekeningen met betrekking tot thermische weerstand. De onderstaande vergelijking wordt gebruikt om de thermische warmteweerstand te berekenen (R_hs )

R_hs =(T_j -T_mb /P) – (R_th-jc ) – R_interface

T_j :Maximale junctietemperatuur van het apparaat in 0C.

R_th-jc :Junction to case thermische weerstand

T_amb :Omgevingstemperatuur bij 0C.

P:warmte afgevoerd van de warmtebron

R_interface :weerstand tegen materiaal van thermische interface

R_interface =(t_int /L_s x W_s x k_interface )

t_interface :Materiaaldikte thermische interface

k_interface :Thermische geleidbaarheid van interfacemateriaal

L_s :Lengte van warmtebron

W_s :Breedte van warmtebron

Het kennen van de berekening komt met het begrijpen van het bovenstaande. Daarom zal het gemakkelijk zijn om dergelijke parameters op te nemen in het ontwerp van het koellichaam om een ​​thermische warmteweerstand te verkrijgen die groter is dan de hoogste bedrijfstemperatuur van een halfgeleider. Uit de vergelijking kunt u ook de optimale afmeting van het koellichaam berekenen, zodat u de laagste warmtebrontemperatuur krijgt.

Conclusie

Koellichamen zijn van groot belang dat het ontwerp van koellichamen zorgvuldig is gestructureerd om effectieve prestaties te garanderen. Daarom moet er met veel dingen rekening worden gehouden. Dit artikel gaat over factoren die kunnen helpen bij het ontwerpen van een koellichaam. Het beantwoordt ook vragen zoals hoe werkt een koellichaam en tips om op te nemen in uw ontwerphandleiding.

Met deze kennis kunt u het ontwerp van uw koellichaam optimaliseren voor betere prestaties. Wilt u het beste koellichaamontwerp tegen een lage prijs? Maak dan gebruik van onze diensten. Raadpleeg ons ondersteuningsteam voor productieadvies. Als u al een CAD-bestand heeft, upload het dan nu om direct een offerte voor uw ontwerp te krijgen.

Veelgestelde vragen

Het gebruik van een koellichaam mag niet willekeurig worden bepaald. Elk project is uniek en als zodanig hangt het aantal te gebruiken koellichamen grotendeels af van de grootte van uw project. Houd ook rekening met de hierboven genoemde ontwerpfactoren voor het koellichaam

Naast het gebruik van koper-aluminiumlegeringen bij de productie van koellichamen, is er een doorbraak geweest in het gebruik van aluminium in combinatie met van koolstof afgeleide materialen. Deze van koolstof afgeleide materialen hebben een hogere thermische geleidbaarheid dan koper, en de fusie met aluminium, dat ductiel is, maakt het een perfect alternatief. Er zijn ook natuurlijke grafietcomposietmaterialen gebruikt. De conventionele koellichamen van aluminium en koper hebben echter bewezen beter te presteren dan de alternatieven.