Wat zijn koellichamen en hoe worden ze gemaakt?

Elektronische apparaten zoals pc's genereren warmte terwijl ze worden bediend. Elektriciteit loopt door de verschillende draden en componenten van het apparaat en ondervindt weerstand zoals het gaat, en deze weerstand genereert warmte , waardoor de temperatuur van het apparaat snel stijgt.

Als er niets aan gedaan wordt, kan deze hitte desastreuze gevolgen hebben voor het apparaat:componenten zoals de centrale verwerkingseenheid (CPU) zijn kwetsbaar en niet bestand tegen extreem hoge temperaturen; oververhitting kan daarom leiden tot storingen of blijvende schade.

Gelukkig voorkomen veel elektronische en mechanische apparaten dit probleem door gebruik te maken van koellichamen (of heatsinks):speciale componenten die warmte afvoeren van belangrijke delen van het apparaat om het koel en functionerend te houden.

Ondanks hun kleine formaat zijn koellichamen ongelooflijk belangrijke componenten en kunnen ze op veel verschillende manieren worden gemaakt. Dit artikel gaat in op hoe koellichamen werken, de voordelen van koellichamen, de verschillende soorten koellichamen en hoe koellichamen worden gemaakt.

Wat is een koellichaam?

Een koellichaam is een soort passieve warmtewisselaar wiens functie het is om de temperatuur te regelen van een elektronisch of mechanisch apparaat. Het draagt ​​warmte over van een warmtegenererend onderdeel naar een vloeistof (lucht of vloeibare koelvloeistof), waardoor de warmte van het apparaat kan worden afgevoerd.

Koellichamen werken door een thermische geleider te gebruiken om warmte weg te nemen van een warmtebron en deze naar zijn eigen grote oppervlak te trekken dat contact maakt met het koelmedium, d.w.z. lucht of een andere vloeistof. De behoefte aan een groot oppervlak is de reden waarom koellichamen meestal bestaan ​​uit een basis die is verbonden met een aantal zeer smalle vinnen of pinnen:deze vorm is de beste manier om zoveel mogelijk oppervlak in een bepaald volume te passen.

Koellichamen worden in tal van industrieën gebruikt en worden vaak gebruikt om computercomponenten zoals CPU's en GPU's te koelen, evenals vermogenstransistors en lasers.

Bepalen of een koellichaam nodig is - en wat voor soort koellichaam - omvat het vaststellen van de maximale bedrijfstemperatuur van de junctie van een circuit. Als de bedrijfstemperatuur wordt overschreden, leidt dit tot een defect of breuk van het onderdeel. Over het algemeen hebben componenten met een lagere maximale bedrijfstemperatuur (of die gewoon veel warmte genereren) effectievere koellichamen nodig.

Voordelen van koellichamen

De kernfunctie van een koellichaam is het regelen van de temperatuur en het voorkomen van oververhitting. Dit biedt de volgende voordelen:

• Oververhitting voorkomen
• Voorkom defecten of breuken van onderdelen
• Zorg voor warmte als de temperatuur te laag wordt

Soorten koellichaam

Koellichamen bestaan ​​over het algemeen uit een stevige basis met uitsteeksels die eruit steken. Maar de vorm en grootte van deze uitsteeksels beïnvloeden hoe het koellichaam presteert. De meest voorkomende soorten koellichamen zijn:

• Pin-fin koellichaam :Pin-fin koellichamen hebben pinnen die uit de basis steken. Ze bieden het grootste oppervlak van alle typen koellichamen en zijn het beste in situaties met een lage luchtstroom (of willekeurige/multidirectionele luchtstroom). De pinnen kunnen verschillende vormen hebben:
  • Cilindrisch
  • elliptisch
  • Vierkant
• Koelvin koellichaam :Vaker dan pin-fin koellichamen, plaatvin koellichamen hebben rechthoekige vinnen die zich uitstrekken vanaf de basis. Ze zijn het beste type koellichaam wanneer de luchtstroom eenrichtingsverkeer is.
• Uitlopende vin koellichaam :Een variatie op het koellichaam met plaatvin, wijd uitlopende koellichamen hebben een uitlopende vinopstelling en verminderen de stromingsweerstand.

Sommige koellichamen hebben ventilatoren , en koellichamen van dit type kunnen actieve koellichamen of ventilatorgekoelde koellichamen worden genoemd. Degenen zonder ventilatoren kunnen passieve koellichamen worden genoemd. Ventilatoren zorgen voor een constante luchtstroom, wat de functionaliteit van het koellichaam verbetert.

Materialen koellichaam

Koellichamen zijn meestal gemaakt van aluminiumlegeringen of koper, waarbij het materiaal meestal wordt bepaald door toepassing, warmte-intensiteit, productiemethode en budget.

Aluminium koellichamen zijn meestal gemaakt van aluminium 1050 (zeer thermisch geleidend maar lage sterkte) of aluminium 6060, 6061 of 6063 (minder geleidend maar met betere mechanische eigenschappen). De meest betaalbare koellichamen zijn over het algemeen gemaakt van een aluminiumlegering.

Koper koellichamen bieden uitstekende thermische geleidbaarheid - het is twee keer zo geleidend als aluminium - evenals corrosieweerstand, antimicrobiële weerstand en andere gewenste eigenschappen. Dit maakt koperen koellichamen tot een premium keuze; koper is echter duurder dan aluminiumlegeringen en over het algemeen moeilijker te vormen.

Bevestigingsmethoden koellichaam

De bevestigingsmethode voor het koellichaam is de manier waarop het koellichaam wordt gemonteerd op het onderdeel waarvan het de temperatuur probeert te regelen, b.v. de CPU van een computer.

Bevestigingsmethoden omvatten thermisch geleidende tape (voor koellichamen met een lage massa), epoxy (sterke maar onomkeerbare mechanische verbinding), clips, draadvormige Z-clips, messing/kunststof push-pins of afstandhouders met schroefdraad (voor zeer grote koellichamen).

Factoren die de prestaties van het koellichaam beïnvloeden

Verschillende variabelen zijn van invloed op hoe een koellichaam presteert en hoe effectief het is bij het afvoeren van warmte van een onderdeel zoals een CPU. Belangrijke prestatiefactoren van het koellichaam zijn onder meer:

• De thermische geleidbaarheid van het materiaal van het koellichaam (bijv. koper of aluminiumlegering)
• De grootte van het koellichaam
• Het type, het aantal en de plaatsing van de vinnen op het koellichaam
• De grootte van de kanalen tussen elke vin
• De warmteoverdrachtscoëfficiënt
• De luchtstroomsnelheid

Hoe koellichamen te maken

Hoe maak je een koellichaam? Dat hangt af van verschillende factoren, zoals de grootte en het materiaal van uw koellichaam en het soort fabrikant dat het maakt. Bij het vervaardigen van koellichamen kan een reeks productietechnologieën betrokken zijn, waaronder gieten en CNC-frezen.

Extrusie

Extrusie, het proces waarbij hete metalen knuppels door een stalen matrijs worden geperst, is de meest gebruikelijke manier om aluminium koellichamen te maken. Het is een snelle, effectieve en economische methode om koellichamen te maken van ductiele materialen zoals aluminium 1050. Geëxtrudeerde aluminium koellichamen worden doorgaans voor gebruik geanodiseerd.

Skiving

Afschaven of inbranden, het proces waarbij materiaal in plakjes wordt gesneden, is een veelgebruikt fabricageproces voor de productie van plaatvin en wijd uitlopende koellichamen. Het proces maakt dunnere en dichter opeengepakte vinnen mogelijk dan extrusie, en zorgt ook voor een niveau of oppervlakteruwheid, die het totale oppervlak iets vergroot.

Casting

Gieten, het proces van het gieten van gesmolten metaal in een mal, is een andere manier om koellichamen te maken - aluminium of koper. Onder druk gegoten koellichamen kunnen een hoge mate van complexiteit hebben en uitstekende mechanische eigenschappen bieden. Spuitgieten wordt soms ook gebruikt om zinkkoellichamen te maken.

Frezen

Frezen, het subtractieve proces van het snijden van materiaal van een onbewerkt werkstuk, is een betaalbare manier om koellichamen te maken met vrijwel elke geometrische vorm, van materialen zoals aluminiumlegeringen. Gefreesde koellichamen (of machinaal bewerkte koellichamen) zijn misschien duurder dan alternatieven, vooral in grote hoeveelheden, maar ze kunnen ook heel snel worden gemaakt. Leer meer over het bewerken van aluminium.

3D-printen

Recente ontwikkelingen in de productie van koperadditieven hebben 3D-geprinte koellichamen tot een levensvatbaar alternatief voor hun traditionele tegenhangers gemaakt. Voor dit doel zijn poederbedfusie en gerichte energiedepositietechnologieën het meest succesvol gebruikt.

Neem contact met ons op voor een gratis offerte om een ​​koellichaam te maken met 3ERP met behulp van een proces zoals CNC-bewerking, extrusie of laagvolume gieten.