Gabay sa Paggawa ng Heatpipe Heat Sink

Habang patuloy na tumataas ang densidad ng electronic power, ang heatpipe heat sink ay naging isa sa mga pinaka-epektibong solusyon sa passive thermal management na magagamit. Kung ikukumpara sa mga kumbensyonal na aluminum-only heat sink, ang isang maayos na inhinyerong heat sink na may heat pipe ay makabuluhang nakakabawas sa spreading resistance, nagpapabuti sa pagkakapareho ng temperatura, at nagpapahusay sa pangkalahatang thermal performance.

1. Ano ang heat sink na pang-heatpipe?

Ang heatpipe heat sink ay isang composite thermal solution na nagsasama ng mga high-conductivity copper heat pipe sa isang precision-machined aluminum base plate. Mabilis na inililipat ng mga heat pipe ang init mula sa pinagmumulan ng init patungo sa rehiyon ng palikpik, kung saan ito kumakalat sa pamamagitan ng convection at radiation.

sa konpigurasyon ng ukit-base:

Ang mga puwang na gawa sa cnc machine ay nililikha sa base na aluminyo.

Ang mga paunang nabuo na heat pipe ay nakabaon sa mga uka.

Ang interface ay pinagdurugtong sa pamamagitan ng paghihinang o high-performance thermal adhesive.

Ang mga palikpik (naka-extrude, naka-skive, o naka-bond) ang kumukumpleto sa istruktura.

Pinagsasama ng disenyo na ito ang:

l napakataas na epektibong thermal conductivity ng mga heat pipe

l magaan, matipid na istrukturang aluminyo

l malaking lugar ng ibabaw para sa convective cooling

ang resulta ay isang high-efficiency heat sink na may heat pipe na angkop para sa mga medium-to-high power density system.

2. prinsipyo ng paggana ng integrasyon ng heat pipe

Ang heat pipe ay isang selyadong tubo na tanso na naglalaman ng maliit na dami ng working fluid sa ilalim ng vacuum. Kasama sa operating cycle nito ang:

1. pagsipsip ng init sa seksyon ng evaporator

2. pagsingaw ng gumaganang likido

3. transportasyon ng singaw papunta sa rehiyon ng condenser

4. paglabas ng init sa istruktura ng palikpik na aluminyo

5. pagbabalik ng likido sa pamamagitan ng panloob na istruktura ng mitsa

kapag isinama sa isang heatpipe heat sink, ang heat pipe ay:

Binabawasan ng l ang gradient ng base temperature

Pinahuhusay ng l ang kahusayan sa pagkalat ng init

Pinapababa ng l ang junction-to-ambient resistensya sa init (rja)

Pinapabuti ng l ang pagganap sa ilalim ng natural na kombeksyon

3. pagkontrol sa hilaw na materyales

3.1 inspeksyon ng tubo ng init

Ang mga papasok na heat pipe ay sumasailalim sa mahigpit na inspeksyon:

l panlabas na diyametro at beripikasyon ng kapal ng dingding

Pagsukat ng tolerance sa haba ng l

pagsusuri sa kalinisan ng ibabaw

kumpirmasyon ng integridad ng vacuum

pagpapatunay ng gumaganang likido

l random na kakayahan sa paglipat ng init na sampling

Pagsusuri sa sertipikasyon ng materyal

mga pagsasaalang-alang sa disenyo:

l minimum na radius ng liko: ≥1.5× diameter ng tubo

l inirerekomendang radius ng liko: 2× diyametro

Maaaring kailanganin ang pagpapatag dahil sa mga limitasyon ng espasyo

Dapat kalkulahin ang springback compensation habang bumubuo

3.2 inspeksyon ng base plate na aluminyo

Kabilang sa mga karaniwang materyales ang 6061 o 6063 na mga haluang metal na aluminyo.

Kasama sa papasok na beripikasyon ang:

pagsusuri ng komposisyon ng l spectrometer

pagsubok sa katigasan at lakas ng tensile

kumpirmasyon ng thermal conductivity

Dokumentasyon ng pagsunod sa rohs / reach

4. disenyo ng inhinyeriya at pag-optimize ng dfm

Bago ang produksyon, kabilang sa pagsusuri sa inhinyeriya ang:

simulasyon ng thermal ng l cfd

pag-optimize ng layout ng heat pipe

pagsusuri ng lapad at tolerance ng lalim ng uka

pagmomodelo ng resistensya sa init ng l interface

pagtatasa ng natitirang stress

mga pangunahing target ng tolerance para sa isang maaasahang heatpipe heat sink:

l uka lapad tolerance: ±0.03 mm

l lalim ng pagpapaubaya sa uka: ±0.05 mm

l puwang sa pagpupulong na may iisang panig: ≤0.05 mm

kapal ng pandikit na pandikit: 0.1 ± 0.02 mm

Ang tolerance stack-up analysis ay mahalaga upang mabawasan ang interface resistensya sa init.

5. katumpakan ng pagma-machining ng base ng aluminyo

5.1 paghahanda ng base

pagputol ng materyal

opsyonal na paggamot para sa pag-alis ng stress

l anim na mukha na sangguniang paggiling

pagtatatag ng datos

5.2 pagmakinilya ng uka

pag-install at pagkakalibrate ng espesyal na pamutol ng puwang

l patong-patong na paggiling upang makontrol ang deformasyon ng init

Pagsubaybay sa dimensyon sa real-time

l kontrol sa tuwid na bahagi ≤0.1 mm / 100 mm

pag-alis ng l burr sa mga gilid ng uka

Mahalaga ang kalinisan pagkatapos ng machining upang matiyak ang pinakamainam na pagganap ng pagdikit sa huling heat sink na may heat pipe assembly.

6. paunang pagbubuo ng heat pipe

Ang mga heat pipe ay paunang nakabaluktot upang tumugma sa landas ng 3d groove:

l precision forming jig o cnc bending

kompensasyon sa springback

pag-verify ng 3d scanning

paghahanda ng ibabaw depende sa paraan ng pagbubuklod

para sa paghihinang:

l nickel plating o kemikal na pag-activate

para sa pandikit na pagbubuklod:

pagpapagaspang ng ibabaw (sandblasting o pag-ukit)

Tinitiyak ng wastong pre-forming ang ganap na pagkakadikit sa loob ng istruktura ng heat sink ng heatpipe.

7. mga proseso ng pagbubuklod

Dalawang pangunahing pamamaraan ng pagbubuklod ang ginagamit sa paggawa ng heat sink ng heatpipe.

7.1 proseso ng paghihinang (mataas na opsyon sa pagiging maaasahan)

kasama sa mga hakbang ang:

1. pag-print ng solder paste o paglalagay ng solder preform

2. kontroladong aplikasyon ng flux (walang halogen)

3. katumpakan ng pagpoposisyon ng kabit (±0.05 mm)

4. paghihinang gamit ang vacuum reflow

karaniwang mga parameter:

antas ng vacuum l<5×10⁻³ pa="">

pinakamataas na temperatura 250–280°c (depende sa solder alloy)

l kinokontrol na profile ng pag-init

proteksyon ng inert gas

kontrol sa kalidad pagkatapos ng proseso:

mabagal na paglamig upang mabawasan ang natitirang stress

inspeksyon sa x-ray (bilis ng pagpuno ≥90%)

l ratio ng void ≤5%

paglilinis ng residue ng flux

kinakailangan sa lakas ng paggupit:

15 mpa

Ang paghihinang ay nagbibigay ng mas mababang resistensya sa init ng interface at mas matibay na integridad ng istruktura.

7.2 thermal adhesive bonding

ginagamit para sa mga disenyong sensitibo sa gastos o limitado sa temperatura.

mga hakbang sa proseso:

l paunang pag-init at pag-alis ng gas sa pandikit

kontroladong dispensing (katumpakan ng volume ±5%)

l tuluy-tuloy na paglalagay ng bead

paglalagay ng heat pipe

aplikasyon ng presyon ng l 0.2–0.5 mpa

l thermal curing sa 80–120°c sa loob ng 1–4 na oras

mga target sa kalidad:

kapal ng linya ng bono l: 0.1 ± 0.02 mm

walang bula >0.5 mm

lakas ng paggupit ng l >8 mpa

habang mas nababaluktot ang adhesive bonding, ang resistensya sa init ay bahagyang mas mataas kumpara sa mga soldered assemblies.

8. mga opsyon sa paggamot sa ibabaw

Pagkatapos ng pag-assemble, ang kumpletong heatpipe heat sink ay sumasailalim sa surface finishing.

Kabilang sa mga karaniwang paggamot ang:

anodizing ng sulfuric acid

kapal ng pelikula na 8–15 μm

l itim na tapusin para sa pinahusay na radiation

paggamot sa pagbubuklod

matigas na anodizing

kapal na 30–50 μm

pinahusay na resistensya sa pagkasira

electroless nickel plating

kapal na 5–15 μm

pinahusay na resistensya sa kalawang

Ang paggamot sa ibabaw ay hindi dapat negatibong makaapekto sa kapal ng ibabaw ng pag-install (≤0.1 mm).

9. kontrol sa kalidad (ctq)

Kabilang sa mga kritikal na punto ng kontrol sa kalidad ang:

mga pamamaraan ng inspeksyon:

pagsukat ng dimensyon ng l cmm

imaging ng x-ray

l ultrasonic interface scanning

l pagsusuri ng cross-section (fai sampling)

pagsubok sa lakas ng paggupit

pagsubok sa resistensya ng init

10. pagpapatunay ng pagganap ng init

Ang isang propesyonal na heatpipe heat sink ay dapat sumailalim sa:

l kontroladong pagsubok sa input ng kuryente

l pagsubaybay sa temperatura sa maraming punto

pagkalkula ng resistensya ng junction-to-ambient

l pangmatagalang pag-verify ng katatagan

l independiyenteng pagsubok sa paggana ng heat pipe

Tinitiyak ng pagpapatunay ng pagganap ang pare-parehong thermal behavior sa iba't ibang batch ng produksyon.

11. kakayahan sa produksyon at oras ng paghahanda

Karaniwang takdang panahon ng paggawa:

l inhinyeriya at programming: 3–5 araw ng trabaho

l machining na may base na aluminyo: 5–8 araw

Pagbuo ng heat pipe: 2–3 araw

proseso ng pagbubuklod: 2–4 na araw

l paggamot sa ibabaw: 2-3 araw

inspeksyon at pagsubok: 3–5 araw

karaniwang kabuuang oras ng lead:
19–32 araw ng trabaho

pinabilis na produksyon:
12–15 araw ng trabaho (nakabatay sa pagtatasa ng posibilidad)

12. mga pangunahing konsiderasyon sa inhinyeriya

upang matiyak ang pangmatagalang pagiging maaasahan ng isang heat sink na may heat pipe:

Pinipigilan ko ang mekanikal na pinsala sa mga heat pipe

Pinapanatili ko ang mahigpit na kalinisan ng interface

I-optimize ang mga thermal profile ng paghihinang upang mabawasan ang natitirang stress

Maingat kong kalkulahin ang akumulasyon ng pagpaparaya

Pinapanatili ko ang kumpletong kakayahang masubaybayan ang materyal at proseso

Nagtatalaga ako ng mga natatanging serial number para sa pagsubaybay sa lifecycle

Ang isang maayos na pagkakagawa ng heatpipe heat sink ay makabuluhang nagpapahusay sa thermal spreading, nagpapababa ng operating temperature, at nagpapabuti sa pangmatagalang reliability ng sistema.

Sa pamamagitan ng pagsasama-sama ng precision cnc groove machining, tumpak na heat pipe pre-forming, kontroladong proseso ng bonding, at mahigpit na pagpapatunay ng kalidad, ang isang high-performance heat sink na may heat pipe ay maaaring matugunan ang mga mahihirap na pangangailangan sa industriyal at high-power na paglamig.