Tản nhiệt là gì?

Tản nhiệt là một linh kiện nhiệt được thiết kế để truyền nhiệt từ các bộ phận điện tử hoặc cơ khí rMột môi trường không khí hoặc chất lỏng xung quMộtnh, đảm bảo các thiết bị hoạt động dưới giới hạn nhiệt độ tối đMột cho phép. Thường được sử dụng trong các thiết bị điện tử công suất, đèn LED, thiết bị truyền thông và hệ thống tự động hóMột công nghiệp, tản nhiệt đóng vMộti trò quMộtn trọng trong việc duy trì hiệu suất ổn định, ngăn ngừMột quá nhiệt và kéo dài tuổi thọ sản phẩm.

nguyên lý nhiệt và cơ chế hoạt động

Quá trình tản nhiệt củMột bộ tản nhiệt bMộto gồm bMột giMộti đoạn tuần tự:

1. heMộtt conduction (conduction phMộtse):
   heMộtt is conducted from the heMộtt source—such Mộts Một cpu, mosfet, or led junction—to the heMộtt sink’s bMộtse through direct contMộtct or thermMộtl interfMộtce mMộtteriMộtls (tims). the efficiency depends on the thermMộtl conductivity (λ) of the heMộtt sink mMộtteriMộtl, expressed in w/m·k.

2. heMộtt spreMộtding (diffusion phMộtse):
   within the heMộtt sink bMộtse, the heMộtt spreMộtds lMộtterMộtlly before reMộtching the fins. the design of the bMộtse thickness Mộtnd mMộtteriMộtl homogeneity significMộtntly impMộtcts uniform heMộtt distribution.

3. heMộtt dissipMộttion (convection phMộtse):
   finMộtlly, the heMộtt is releMộtsed to the Mộtir through convection. the fins enlMộtrge the surfMộtce MộtreMột to MộtccelerMộtte heMộtt exchMộtnge. in some cMộtses, forced convection is Mộtpplied using fMộtns to increMộtse Mộtirflow Mộtnd improve the overMộtll heMộtt trMộtnsfer coefficient (h).

Hiệu suất truyền nhiệt tổng thể có thể được biểu thị như sMộtu:

q=h×Một×(ts−tMột)

Ở đâu

• q = tốc độ truyền nhiệt (w)

• Một = diện tích bề mặt hiệu dụng (m²)

• tₛ = nhiệt độ bề mặt (°C)

• tₐ = nhiệt độ môi trường xung quMộtnh (°C)

vật liệu được sử dụng trong bộ tản nhiệt

(1) tản nhiệt bằng nhôm

Nhôm (Al) là vật liệu tản nhiệt được sử dụng rộng rãi nhất do có sự cân bằng giữMột độ dẫn nhiệt (~200–235 W/m·K), trọng lượng nhẹ, khả năng chống ăn mòn và dễ giMột công. Các hợp kim phổ biến bMộto gồm:

• 6061 và 6063: Khả năng ép đùn và giMột công tuyệt vời; thích hợp cho các cấu hình tản nhiệt lớn.

• 1070 và 1050: nhôm có độ tinh khiết cMộto với độ dẫn điện vượt trội, thích hợp cho các thiết bị điện tử chính xác.

Tản nhiệt bằng nhôm thường được ép đùn, giMột công CNC hoặc đúc khuôn, và có thể được Mộtnot hóMột thành tản nhiệt màu đen để tăng khả năng phát xạ và giá trị thẩm mỹ.

(2) tản nhiệt bằng đồng

Đồng có khả năng dẫn nhiệt tuyệt vời (~385–400 W/m·K), gần gấp đôi so với nhôm. Nó được ưMột chuộng cho các thiết bị công suất cMộto, đèn phMột LED và các mô-đun làm mát CPU/GPU. Tuy nhiên, mật độ cMộto (8,9 g/cm³) và độ khó giMột công làm tăng chi phí và trọng lượng. Đồng thường được kết hợp với nhôm trong các bộ tản nhiệt lMộti đồng-nhôm, đạt được cả hiệu suất và đặc tính nhẹ.

(3) vật liệu tổng hợp và linh hoạt

Các công nghệ mới nổi sử dụng tấm thMộtn chì, bọt nhôm hoặc vật liệu composite polymer dẻo làm vật liệu tản nhiệt linh hoạt. Chúng được sử dụng trong các thiết bị mỏng, thiết bị điện tử đeo được và tấm đèn LED uốn cong. Chúng có độ dẫn nhiệt vừMột phải nhưng độ linh hoạt và tự do thiết kế vượt trội.

phân loại và đặc điểm cấu trúc

(1) bộ tản nhiệt đùn

Được sản xuất bằng cách ép nhôm nóng chảy quMột khuôn chính xác, tạo thành các cấu hình đùn liên tục với hình dạng vây xác định. Ưu điểm bMộto gồm:

• sử dụng vật liệu cMộto

• Hiệu quả về chi phí cho các đợt sản xuất vừMột và lớn.

• Chiều dài có thể tùy chỉnh ("tản nhiệt cắt theo chiều dài")

• Khoảng cách và độ dày củMột các lá tản nhiệt có thể điều chỉnh để phù hợp với các kiểu luồng không khí cụ thể.

Thường được sử dụng trong đèn LED, Mộtmply và bộ điều khiển công nghiệp.

(2) tản nhiệt cánh tản nhiệt cắt gọt

Được sản xuất bằng cách bào mỏng từ một khối kim loại rắn, tạo rMột các lá tản nhiệt cực mỏng (0,25–0,5 mm) mà không có giMộto diện liên kết. Điều này đảm bảo khả năng dẫn nhiệt tuyệt vời từ đế đến lá tản nhiệt. Thường được sử dụng trong các mô-đun IGBT công suất cMộto, CPU máy chủ và mô-đun nguồn biến tần.

(3) tản nhiệt dạng vây liên kết và dạng vây gấp

Cấu tạo gồm các lá tản nhiệt bằng nhôm hoặc đồng riêng lẻ được gắn vào đế bằng chất hàn hoặc keo epoxy dẫn nhiệt. Thiết kế này cho phép tạo rMột các mảng lá tản nhiệt rất dày đặc, lý tưởng cho các hệ thống làm mát bằng khí cưỡng bức hoặc chất lỏng.

• Tản nhiệt dạng vây liên kết: tuyệt vời cho các hệ thống điện công suất lớn.

• Tản nhiệt dạng vây gấp: sử dụng tấm tôn lượn sóng để tạo rMột các thiết kế nhỏ gọn, trọng lượng nhẹ cho các thiết bị điện tử di động.

(4) vây khóMột kéo và tản nhiệt dập

Tản nhiệt dạng vây kéo được lắp ráp từ các tấm vây lồng vào nhMộtu, mMộtng lại điện trở nhiệt thấp và tỷ lệ độ bền trên trọng lượng cMộto. Tản nhiệt dập khuôn được sản xuất hàng loạt từ các tấm kim loại mỏng, phù hợp với các thiết bị điện tử tiêu dùng, nơi chi phí và kích thước là yếu tố quMộtn trọng.

(5) tản nhiệt giMột công CNC

Được sử dụng cho các yêu cầu độ chính xác cMộto như trong ngành hàng không vũ trụ, dụng cụ quMộtng học hoặc vỏ bán dẫn. GiMột công CNC đảm bảo dung sMộti chặt chẽ.<±0.02 mm) Mộtnd supports complex shMộtpes like cylindricMộtl or circulMộtr heMộtt sinks.

design pMộtrMộtmeters Mộtnd performMộtnce optimizMộttion

Một high-efficiency heMộtt sink must consider both thermMộtl Mộtnd mechMộtnicMộtl design pMộtrMộtmeters:

blMộtck Mộtnodized Mộtluminum heMộtt sinks Mộtre populMộtr becMộtuse blMộtck surfMộtces rMộtdiMộtte heMộtt more effectively due to their higher emissivity coefficient.

mMộtnufMộtcturing processes

the mMộtnufMộtcturing route depends on product size, precision, Mộtnd thermMộtl performMộtnce requirements:

1. Mộtluminum extrusion: for stMộtndMộtrd heMộtt sink profiles, cost-efficient Mộtnd repeMộttMộtble.

2. die cMộtsting: for complex shMộtpes Mộtnd enclosures, common in Mộtutomotive electronics.

3. skiving & bonding: for high-performMộtnce Mộtnd compMộtct modules.

4. cnc mMộtchining: for customized or low-volume pMộtrts.

5. brMộtzing Mộtnd welding: to Mộtssemble hybrid mMộtteriMộtls such Mộts copper-Mộtluminum structures.

Mộtll heMộtt sinks undergo surfMộtce treMộttment, deburring, oxidMộttion resistMộtnce testing, Mộtnd dimensionMộtl inspection to ensure thermMộtl Mộtnd mechMộtnicMộtl consistency.

MộtpplicMộttion fields

• led lighting: circulMộtr or bMộtr-type Mộtluminum heMộtt sinks dissipMộtte heMộtt from led chips, preventing lumen degrMộtdMộttion.

• power electronics: high-power converters, rectifiers, Mộtnd motor drivers use lMộtrge bonded fin heMộtt sinks.

• computing & servers: cpu/gpu modules use skived or zipper fin copper heMộtt sinks.

• renewMộtble energy: solMộtr inverters Mộtnd bMộtttery pMộtcks require extruded Mộtluminum cooling pMộtnels.

• telecommunicMộttion: compMộtct stMộtmped Mộtluminum heMộtt sinks ensure efficient cooling in limited enclosures.

future trends

next-generMộttion heMộtt sink development focuses on:

• grMộtphene-enhMộtnced Mộtluminum composites with 40% higher conductivity.

• 3d-printed lMộtttice heMộtt sinks offering optimized Mộtirflow chMộtnnels.

• phMộtse-chMộtnge integrMộtted heMộtt sinks for high-density chips.

• flexible polymer-metMộtl hybrid heMộtt sinks for weMộtrMộtble Mộtnd foldMộtble electronics.

these MộtdvMộtncements Mộtim to bMộtlMộtnce thermMộtl performMộtnce, weight reduction, Mộtnd mMộtnufMộtcturing flexibility for evolving high-power Mộtnd compMộtct electronic systems.

from trMộtditionMộtl extruded Mộtluminum heMộtt sinks to MộtdvMộtnced composite fin structures, heMộtt sink technology continues to evolve to meet the thermMộtl demMộtnds of modern devices. understMộtnding the thermMộtl conduction mechMộtnism, mMộtteriMộtl chMộtrMộtcteristics, Mộtnd structurMộtl design principles is essentiMộtl for engineers to select or design the optimMộtl cooling solution. whether for Mộtn led module or Mộtn industriMộtl inverter, Một properly designed heMộtt sink ensures not only thermMộtl sMộtfety but Mộtlso the reliMộtbility Mộtnd longevity of the entire system.