سینک های حرارتی فورج سرد

مقدمه

گرما یک سردرد دائمی در الکترونیک است، به‌ویژه وقتی دستگاه‌ها همچنان کوچک می‌شوند و با قدرت بیشتری بسته می‌شوند. گجت‌های کوچکتر به معنای گرمای بیشتر در فضای کمتر است، و صادقانه بگوییم، این گرما اصلی‌ترین چیزی است که بین فناوری شما و زندگی طولانی و سالم ایستاده است. اگر به اندازه کافی سریع از شر آن خلاص نشوید، به خرابی های سیستم، عملکرد ضعیف و دستگاه هایی نگاه می کنید که زودتر از آنچه باید از بین می روند.

راه‌حل‌های قدیمی-مدرسه‌ای مانند هیت سینک‌های آلومینیومی اولیه دیگر نمی‌توانند به کار خود ادامه دهند. زمانی که اوضاع سردتر بود، خوب بودند، اما اکنون این نوار بالاتر است. اینجاست که هیت سینک های فورج سرد وارد می شوند. آنها گرما را سریعتر و کارآمدتر از بین می برند و تفاوت زیادی در نحوه کارکرد وسایل الکترونیکی ایجاد می کنند. آهنگری سرد فقط راه دیگری برای شکل دادن به فلز نیست-بلکه یک جهش بزرگ در مهندسی حرارتی است. به دلیل این فرآیند، این هیت سینک ها بسیار بهتر از نمونه های سنتی عمل می کنند.

به همین دلیل است که در قلب-تجهیزات پرمخاطره{1}}چراغ‌های LED پرقدرت{2}}، اتومبیل‌های پیشرفته، و{3}}رایانه‌های سطح بالا، هیت سینک‌های جعلی سرد پیدا خواهید کرد. وقتی شکست یک گزینه نیست، مهندسان قطعات به اینها اعتماد دارند تا کارها را خنک و قوی نگه دارند.

آشنایی با فرآیند تولید آهنگری سرد

آهنگری سرد با شکل دادن به فلز در دمای اتاق{0} بسیار پایین تر از نقطه ای که شروع به تبلور مجدد می کند، کار می کند. وقتی نوبت به هیت سینک می رسد، این فرآیند بسیار ساده اما شدید است. شما یک بلوک جامد از فلز فوق{{3} رسانا، معمولاً آلومینیوم خالص (به AL1050 یا AL1070 فکر کنید) یا گاهی اوقات مس را بردارید و با فشار زیادی به آن ضربه بزنید. ما در مورد هزاران تن صحبت می کنیم، به اندازه ای که فلز را به درون قالبی که از قبل شبیه به هیت سینک تمام شده است، فشار دهیم. تحت تمام آن نیرو، فلز جریان می یابد و به هر گوشه قالب کشیده می شود. در یک حرکت، هم پایه و هم آن باله های بلند و لاغر را می گیرید که همگی به یکباره شکل گرفته اند.

فرآیند آهنگری سرد

مکانیک جریان مواد و ساختار دانه

آهنگری سرد به دلیل نحوه حرکت و شکل دادن به فلز کار می کند. آهنگری سرد به جای ذوب فلز مانند ریخته گری، یا فشار دادن آن از طریق قالبی مانند اکستروژن، فلز جامد را فشار می دهد تا شکل قالب را به خود بگیرد. این فرآیند واقعاً فلز داخل را تغییر می دهد. ساختار دانه سفت تر می شود و خطوط دانه در واقع شروع به پیروی از شکل دقیق بخشی می کنند-که مستقیماً از پایه هیت سینک مستقیماً از میان باله ها می رود. این همان چیزی است که آهنگری سرد را متمایز می‌کند: دانه‌ها در یک جهت جریان می‌یابند و به قطعه تمام شده تقویت زیادی در استحکام و عملکرد می‌دهند.

سایش کم ابزار و قوام بالا

ابزار آهنگری سرد معمولاً هزینه اولیه بیشتری نسبت به قالب های اکستروژن دارد، اما در دراز مدت نتیجه می دهد. شما مواد کمتری را هدر می‌دهید-تقریباً هیچ چیز بریده نمی‌شود-بنابراین قطعاتی را دریافت می‌کنید که تقریباً همان شکلی هستند که از همان ابتدا به آن نیاز دارید. هر هیت سینک دقیقاً شبیه قبلی است، که واقعاً در مواقعی که به عملکرد حرارتی قابل اعتماد و ثابت نیاز دارید، اهمیت دارد. بعلاوه، از آنجایی که آهنگری سرد از دماهای پایین‌تری استفاده می‌کند، کل فرآیند تمیزتر و راحت‌تر از آن تنظیمات ریخته‌گری{5}}درحال ریخته‌گری با حرارت بالا باقی می‌ماند.

عملکرد حرارتی برتر سینک های حرارتی فورج سرد

مردم عمدتاً به سراغ دستگاه‌های حرارتی جعلی سرد می‌روند، زیرا آنها فقط در خنک کردن اشیا بهتر عمل می‌کنند. این مزیت مستقیماً از نحوه ساخت آنها ناشی می‌شود-این فرآیند به آنها ویژگی‌های منحصربه‌فردی می‌دهد که به هیچ‌وجه نمی‌توانید به آنها دست پیدا کنید.

جریان دانه جهت دار و رسانایی پیشرفته

آهنگری سرد ساختار دانه فلز را ردیف می کند، بنابراین گرما راحت تر از آن عبور می کند. در هیت سینک‌های معمولی اکسترود شده یا ریخته‌گری شده، دانه‌ها در همه جا هستند و شکاف‌ها، ناخالصی‌ها یا مرزهای درهم‌ریخته‌ای می‌بینید که سرعت کار را کاهش می‌دهند. اما با آهنگری سرد، دانه ها مستقیماً حرکت می کنند، تقریباً مانند یک بزرگراه برای گرما. به همین دلیل است که رسانایی حرارتی در امتداد محور Z-مسیری است که گرما از پایه به بالا از طریق پره ها طی می کند. به بیان دیگر، آلیاژهای استاندارد آلومینیوم معمولاً حدود 200 W/(mK) برای هدایت حرارتی، می دهند یا می گیرند. اما زمانی که آلومینیوم خالص را به صورت سرد فورج می کنید، گرما از آن دانه های هم تراز عبور می کند و می توانید به بهترین حالت تئوری فلز بسیار نزدیک شوید.

ایجاد باله های با نسبت تصویر بالا

اگر هیت سینکی می‌خواهید که واقعاً کارایی داشته باشد، به نسبت ابعاد آن توجه کنید-در مقایسه با ضخامت باله‌ها، ارتفاع باله‌ها چقدر است. وقتی این نسبت را افزایش می دهید، سطح بیشتری را به همان اندازه فشرده می کنید، به این معنی که هیت سینک گرما را به طور موثرتری از اجزاء خارج می کند. آهنگری سرد در اینجا ترفند است. با این همه فشار، سازندگان می‌توانند باله‌هایی بسیار بلند و به‌طور شگفت‌آور نازک بسازند-چیزی که شما نمی‌توانید با اکستروژن معمولی آلومینیوم آن را بردارید، زیرا اگر بخواهید خیلی نازک شوید یا فضای کمی بین باله‌ها بگذارید، فلز پاره می‌شود. با استفاده از فورج سرد، می توانید نسبت های تصویر را تا 20:1، حتی گاهی اوقات 40:1 دریافت کنید. این یک جهش بزرگ در سطح است و واقعاً قدرت خنک کنندگی سینک حرارتی را افزایش می دهد.

پایه بهینه-به-رابط Fin

بسیاری از طرح‌های سینک حرارتی-به‌ویژه آن‌هایی که باله‌های جداگانه را به یک پایه می‌چسبانند، مانند انواع باله‌های اسکیت‌شده یا باند شده- با مشکل مواجه می‌شوند زیرا خود اتصال یا رابط حرارتی جریان گرما را کاهش می‌دهد. اما با آهنگری سرد، پایه و باله‌ها همگی از یک قطعه فلزی جامد ساخته شده‌اند. هیچ لایه یا مفصل اضافی در راه وجود ندارد، بنابراین شما آن مقاومت آزاردهنده را در رابط دریافت نمی کنید. گرما مستقیماً از طریق فلز جامد از جایی که شروع می شود تا نوک هر باله حرکت می کند. این بدان معناست که شما کمترین مقاومت حرارتی ممکن را دریافت می کنید. این نوع ساخت بدون درز واقعاً گرما را از قسمت‌های مهم دور می‌کند و زمانی که شرایط سخت می‌شود بهتر عمل می‌کند.

برنامه های کاربردی کلیدی و پذیرش صنعت

هیت سینک های فورج سرد برای عملکرد حرارتی و مکانیکی{0} درجه بالایی خود متمایز هستند. به همین دلیل است که آنها را در صنایعی خواهید یافت که در آن تجهیزات نمی توانند از کار بیفتند و چگالی توان بالا فقط یک مزیت نیست{2}}این یک امر ضروری است.

روشنایی LED با قدرت{{0}

نورپردازی LED پرقدرت اکنون در همه جا وجود دارد-به چراغ های خیابان، استادیوم ها، وسایل تجاری بزرگ فکر کنید. نکته ای که در مورد LED ها وجود دارد این است که آنها واقعاً گرما را دوست ندارند. اگر خیلی داغ شوند، به سرعت روشنایی خود را از دست می دهند و تقریباً به همان اندازه دوام نمی آورند. اینجاست که هیت سینک های فورج سرد وارد می شوند. ساخته شده از آلومینیوم فوق-رسانا، این چیزها به طور موثر گرما را از بین می برند و LED ها را خنک نگه می دارند و همانطور که باید کار می کنند. اگر می‌خواهید آن LED‌ها در واقع به عمری بین 50000 تا 100000{13}}ساعتی برسند که همه وعده می‌دهند، این نکته کلیدی است. به علاوه، طراحی گرد و جمع و جور آنها کاملاً با اکثر تنظیمات لامپ مطابقت دارد - هم ظاهر و هم عملکرد آنها تقویت می شود.

الکترونیک خودرو و حمل و نقل

ماشین‌های مدرن پر از وسایل الکترونیکی قدرت هستند، به‌خصوص در حال حاضر با وسایل نقلیه الکتریکی بیشتر و سیستم‌های پیشرفته کمک راننده-در جاده‌ها. اینورترها، مبدل ها و سیستم های مدیریت باتری؟ همه آنها گرمای زیادی را در محله های بسیار تنگ پمپ می کنند. اینجاست که هیت سینک‌های مس و آلومینیوم فورج سرد وارد می‌شوند. آنها سخت هستند، چیزها را سریع خنک می‌کنند و مطمئن می‌شوند که این قطعات حیاتی کار می‌کنند-بدون توجه به اینکه چقدر رانندگی سخت می‌شود یا دما چقدر تغییر می‌کند.

مخابرات و سرور

مراکز داده و شبکه‌های مخابراتی حجم زیادی از توان محاسباتی را در فضاهای تنگ قرار می‌دهند، و این بدان معناست که انرژی زیادی مصرف می‌کنند و یک تن گرما را تولید می‌کنند. رایانه‌های-با کارایی بالا و ایستگاه‌های پایه 5G روی هیت سینک‌های جعلی سرد حساب می‌کنند، زیرا گرما را به سرعت از بین می‌برند، که باعث می‌شود پردازنده‌ها با سرعت کامل کار کنند. بدون فشار حرارتی، بدون کاهش سرعت-فقط عملکرد ثابت و قابل اعتماد، حتی زمانی که همه چیز مشغول است.

سینک های حرارتی فورج سرد

مقایسه آهنگری سرد با سایر فناوری های سینک حرارتی

راه‌های زیادی برای ساخت سینک‌های حرارتی وجود دارد، اما وقتی واقعاً به مزایا و معایب آن نگاه می‌کنید، آهنگری سرد برجسته می‌شود-به‌خصوص اگر به عملکرد حرارتی{1} درجه یک اهمیت می‌دهید.

فورج سرد در مقابل اکستروژن

اکستروژن زمانی که به چیزی مقرون به صرفه برای دستگاه‌های کم‌توان-یا اشکال ساده و مستقیم نیاز دارید، به خوبی کار می‌کند. اما اگر می خواهید باله های بلند و نازک یا طرح های پیچیده تری مانند سنجاق یا باله های دایره ای داشته باشید، کوتاهی می کند. ساختار دانه نیز بسیار ابتدایی است، بنابراین بهترین عملکرد حرارتی را دریافت نمی کنید. از سوی دیگر، آهنگری سرد واقعا گزینه های شما را باز می کند. شما با شکل‌ها و انتقال حرارت بهتر آزادی بیشتری خواهید داشت، به همین دلیل است که وقتی پروفیل‌های اکسترود شده معمولی نمی‌توانند به آن ادامه دهند، آن را انتخاب می‌کنند.

آهنگری سرد در مقابل ریخته گری (مرگ یا شن)

وقتی فلز را ریختید، آن را ذوب کرده و در قالب می ریزید. این باعث می‌شود که حباب‌های هوای ریز داخل آن به دام بیفتد و ساختار دانه‌ای را در سرتاسر شما ایجاد کند، معمولا کریستالی و ناهموار. این نقص ها واقعاً باعث می شود که مواد چقدر خوب گرما را هدایت کنند. آهنگری سرد متفاوت عمل می کند. هیچ ذوبی وجود ندارد-فقط شکل دادن به فلز در حالی که هنوز جامد است. نتیجه یک قسمت فوق‌العاده متراکم است، تقریباً بدون حباب هوا، و دانه‌هایی که مرتباً در کنار هم قرار می‌گیرند. شما رسانایی گرمایی دریافت می کنید که 30 تا 50 درصد بهتر از چیزی است که با ریخته گری دریافت می کنید. مطمئناً، ریخته‌گری به خوبی اشکال دشوار را کنترل می‌کند، اما آهنگری سرد می‌تواند طرح‌های پیچیده‌تر{11}}با نسبت ابعاد{12}} را نیز بیاورد و در نهایت مواد بسیار قوی‌تر و کارآمدتری خواهید داشت.

جعل سرد در مقابل باله های اسکیت دار یا باند

باله های اسکیت شده نیز به همین شکل عمل می کنند-شما با یک بلوک شروع می کنید و باله ها را از آن حک می کنید. اما تراشیدن آن باله ها زمان زیادی می برد و وقتی باله ها واقعا بلند و نازک می شوند، همه چیز مشکل می شود. باله های چسبیده داستان متفاوتی هستند. در اینجا، هر باله را با استفاده از چیزی مانند لحیم کاری یا اپوکسی به پایه می چسبانید. مشکل؟ این لایه اضافی مقداری مقاومت حرارتی را اضافه می کند که سرعت کار را کاهش می دهد. آهنگری سرد این مشکل را به طور کامل حذف می کند. شما یک قطعه جامد و بدون درز با رسانایی عالی به دست می آورید و هنوز هم می توانید برخی از اشکال بسیار پیچیده را ایجاد کنید. بنابراین، آهنگری سرد واقعاً تعادل را ثابت می کند: ساختار قوی، انتقال حرارت کارآمد، و آزادی طراحی فراوان.

ملاحظات طراحی و انتخاب مواد

یک هیت سینک فورج سرد تنها در صورتی خوب کار می کند که تصمیمات طراحی هوشمندانه بگیرید و مواد مناسب را انتخاب کنید.

نقش فلزات خالص

اکثر هیت سینک ها به آلیاژهای آلومینیوم متکی هستند، اما آهنگری سرد همه چیز را به سمت دیگری هدایت می کند. در اینجا، معمولاً آلومینیوم خالص-مانند AL1050 یا AL1070{10}}یا گاهی اوقات مس خالص را خواهید دید. آلومینیوم خالص وقتی صحبت از رسانایی حرارتی به میان می‌آید واقعاً متمایز است، و اغلب بیش از 220 W/(mK) است. این یک جهش واضح از 160-200 W/(mK) است که با آلیاژهای اکسترود شده معمولی مانند AL6063 دریافت می کنید. و اگر به مس خالص نگاه کنید، این عدد حتی بالاتر می رود - حدود 386 W/(mK). مردم زمانی مس را انتخاب می کنند که به بهترین پخش حرارتی مطلق نیاز داشته باشند، هرچند که با قیمت بالاتر و سنگین تر است. بنابراین، انتخاب بین آلومینیوم و مس واقعاً به آنچه برای عملکرد حرارتی نیاز دارید، وزن مهم و آنچه که مایل به خرج هستید بستگی دارد.

پین فین در مقابل هندسه باله مستقیم

آهنگری سرد مخصوصاً برای ساخت هیت سینک های پین باله خوب عمل می کند. این هیت سینک‌ها از پایه‌های کوچک-معمولاً گرد یا بیضی- استفاده می‌کنند که از پایه بالا می‌آیند. به دلیل شکل آنها، هوا می تواند از هر جهت در آنها حرکت کند، بنابراین وقتی نمی توانید پیش بینی کنید که هوا چگونه جریان می یابد یا زمانی که در یک خط مستقیم حرکت نمی کند عالی هستند. از سوی دیگر، باله‌های مستقیم (که می‌توانید با آهنگری نیز بسازید) زمانی که هوا مستقیماً به آنها فشار می‌آورد، مانند کانال، عملکرد بهتری دارند. یکی از دلایل مهمی که مردم به سمت آهنگری سرد می روند این است که به شما امکان می دهد تعداد زیادی از این پره های پین بسیار رسانا را در کنار هم قرار دهید که واقعاً عملکرد سینک حرارتی را افزایش می دهد.

نتیجه‌گیری: آینده خنک‌سازی با چگالی بالا-

سینک های حرارتی فورج سرد در مدیریت حرارتی منفعل واقعاً استاندارد طلایی هستند. آن‌ها در جایی که روش‌های قدیمی‌تر کوتاه می‌آیند، کار می‌کنند و گرمای جدی‌ای را که الکترونیک مدرن پرتاب می‌کند، کنترل می‌کنند. این فرآیند از فشار زیادی برای ایجاد یک قطعه جامد با دانه‌ای محکم و جهت‌دار استفاده می‌کند-به این ترتیب می‌توانید رسانایی گرمایی فوق‌العاده‌ای داشته باشید و در کارآمدترین سطح باله بسته‌بندی کنید. با کوچک‌تر شدن و قدرتمندتر شدن دستگاه‌های الکترونیکی، آهنگری سرد به جایی نمی‌رسد. این کلید خنک نگه داشتن چیزها، روان و دوام بیشتر است. اگر به عملکرد و قابلیت اطمینان اهمیت می دهید، سرمایه گذاری در هیت سینک های جعلی سرد منطقی است.

پاور وینکسدر طراحی و ساخت راه‌حل‌های مدیریت حرارتی پیشرفته، به‌ویژه وقتی صحبت از-هیت سینک‌های فورج سرد با کارایی بالا باشد، پیشرو است. ما از جدیدترین فناوری آهنگری سرد برای ایجاد هیت سینک های جامد-یک تکه با رسانایی حرارتی عالی و باله های بلند و باریک که واقعاً گرما را سریع منتقل می کنند، استفاده می کنیم. محصولات ما کارهای دشواری را انجام می‌دهند-نورپردازی LED، الکترونیک قدرت،-محاسبات با چگالی بالا-که قابلیت اطمینان و کارایی بیشترین اهمیت را دارند.