Johdanto
Jäähdytyselementit,{0}}yleensä alumiinista tai kuparista valmistetut-vetävät lämmön pois elektroniikasta ja työntävät sen ympärillään olevaan ilmaan. Löydät ne kaikkialta: tietokoneista, valaistuksesta, virtalaitteista, niin sanot sen. Yritykset käsittelevät usein pintojaan, jotta ne kestäisivät pidempään ja toimisivat paremmin. Anodisointi, metallipinnoitus tai erikoispinnoitteet eivät vain suojaa eviä ruosteelta; se myös auttaa heitä luovuttamaan lämpöä tehokkaammin. Jokaisella hoidolla on omat hyvät ja huonot puolensa. Jotkut parantavat lämpötehokkuutta, jotkut estävät korroosiota ja jotkut pitävät kustannukset kurissa. Tarkastellaan lähemmin jäähdytyslevyjen anodisointia, pinnoitusta ja pinnoitteita ja katsotaan, kuinka kukin niistä eroaa tehokkuudesta, suojauksesta ja hinnasta.
Anodisoivat jäähdytyselementit: Emissiokyky ja kestävyys
Anodisointi on prosessi, jolla alumiinin jäähdytyslevyistä tehdään lujempia ja pidempään-kestäviä. Näin se toimii: johdat metallin läpi sähkövirtaa, joka paksuntaa sen luonnollisen oksidikerroksen kovaksi, huokoiseksi kuoreksi. Tämä kuori tekee paljon. Se pitää jäähdytyselementin suojassa korroosiolta ja kulumiselta,-joten se kestää esimerkiksi kosteutta tai suolaista ilmaa paljon paremmin kuin tavallinen alumiini. Saat myös erinomaisen sähköeristyksen, joten sähköoikosulun riski on pienempi, kun komponentit on pakattu tiiviisti.
Mutta todellinen taika, ainakin jäähdytyksen kannalta, tapahtuu pinnan emissiivisyydellä. Paljas alumiini tuskin säteilee lämpöä. Sen emissiivisyys on noin 0,04 - 0,06, mikä tarkoittaa, että se enimmäkseen vain pompoaa lämpöä takaisin sen sijaan, että se päästää sitä karkaamaan. Kun anodisoit sen, luku kuitenkin hyppää 0,8:aan tai jopa 0,9:ään. Se on valtava harppaus, ja yhtäkkiä musta anodisoitu jäähdytyselementti voi säteillä lämpöä 15–20 kertaa tehokkaammin kuin tavallinen. Tämä on valtava, jos kyseessä on passiivinen jäähdytys tai tilanteet, joissa ilmavirta on rajoitettu. Asiantuntijoiden mukaan mustat eloksoidut jäähdytyslevyt voivat tehostaa säteilyjäähdytystä 8-10 kertaa paljaaseen alumiiniin verrattuna, mikä tarkoittaa viileämpiä osia, erityisesti pienissä tai ahtaissa kokoonpanoissa.
Nyt itse eloksoitu kerros on ohut-tavallisissa materiaaleissa yleensä vain 5–25 mikronia,-joten se ei todellakaan hidasta lämmön virtausta metallin läpi. Saat hieman ylimääräistä lämpövastusta, ehkä 5–10 % enemmän, mutta emissiivisyyden kolhuus enemmän kuin korvaa sen. Jos liioittelet ja käytät super-paksua "kovaa anodisointia" (25–100 mikronia), niin kyllä, alat nähdä pesualtaan kuumenevan, koska kerros estää lämpöä hieman enemmän. Mutta normaaleissa olosuhteissa vaihto{12}}on vähäinen ja yleensä sen arvoinen.
Anodisoinnissa on muutakin mistä pitää. Prosessi on kokeiltu-ja totta, se toimii suuressa mittakaavassa ja on yleensä halvempi kuin hienot erikoispinnoitteet. Lisäksi huokoinen pinta kestää hyvin väriä, joten voit saada jäähdytyselementtejä kaikenlaisissa väreissä sotkematta niiden jäähdytystehoa. Tutkimukset osoittavat, että värillä ei todellakaan ole väliä lämpösäteilyn kannalta-kirkas eloksoitu pinta viilentää yhtä hyvin kuin musta.
Bottom line: anodisoidut jäähdytyslevyt ovat suosikki syystä. Ne kestävät korroosiota, säteilevät lämpöä kuin mestarit ja näyttävät hyvältä. Ainoa todellinen haittapuoli on pieni lämmönjohtavuuden lasku, jos oksidikerros tulee liian paksuksi, mutta tavallisella anodisoinnilla se ei ole iso juttu. Saat älykkään suojan ja suorituskyvyn tasapainon.
Jäähdytyslevyjen pinnoitus: johtavuus ja suojaus
Jäähdytyslevyn pinnoittaminen tarkoittaa ohuen metallikerroksen -nikkeliä, tinaa, hopeaa tai joskus kultaa-lisäämistä suoraan pinnalle. Ihmiset tekevät tämän yleensä kupari- tai teräsaltailla ja joskus alumiinilla, vaikka se vaatii erityisen pohjakerroksen. Suuri syy pinnoittamiseen? Korroosiosuojaus. Esimerkiksi nikkelin tai tinan laittaminen kuparin päälle estää sitä hapettumasta ja syöpymästä, mikä auttaa jäähdytyselementtiä toimimaan hyvin kosteissa tai vaativissa ympäristöissä. Pohjimmiltaan metallipinnoite toimii suojana, joka pitää ilman ja kosteuden poissa ja pidentää osaa.
Pinnoitetut kerrokset, toisin kuin anodisoidut, johtavat silti sekä lämpöä että sähköä. Sähkötön nikkelipinnoitus erottuu edukseen, koska se kestää korroosiota ja johtaa silti lämpöä. Nikkelikerroksen lämmönjohtavuus on noin 90 W/m·K-vähemmän kuin kuparin (noin 400 W/m·K) tai alumiinin (noin 200 W/m·K)-, mutta se tekee silti tehtävänsä. Eräs alan asiantuntija jopa sanoo, että "sähkötön nikkeli on paras pinnoite, jos haluat maksimaalisen lämmönsiirron", ja että nikkelipinnoitus pysyy johtavana sekä lämpö- että sähköisesti. Hopeapinnoite nousee vieläkin korkeammalle (noin 429 W/m·K) ja näkyy erittäin{10}}suorituskykyisissä varusteissa, vaikka se tummuu ajan myötä. Kullaus (318 W/m·K) tulee yleensä esiin ilmailu- tai RF-sovelluksissa, joissa vakaus on tärkeintä.
Useimmat pinnoitteet ovat vain muutaman mikronin paksuisia, joten se tuskin lisää lämpövastusta. Nikkelin ylimääräinen vastus on noin 0,2 K·cm²/W-niin pieni, että sillä ei ole merkitystä useimmissa malleissa. Toisin kuin maali, metallipinnoitus tuskin eristää, koska metalli itse kuljettaa lämpöä hyvin. Silti pinnoitus ei ole halpaa. Hinta riippuu metallista: tina ja nikkeli eivät ole huonoja, mutta hopea ja kulta voivat tulla nopeasti kalliiksi. Alumiinin pinnoitus ei myöskään ole yksinkertaista,-tarvitset ylimääräisiä puhdistusvaiheita tai erityisen pohjakerroksen, mikä lisää vaivaa.
Bottom line: jäähdytyslevyjen pinnoitus antaa sinulle vankan korroosionkestävyyden ilman, että se häiritsee lämmönjohtavuutta. Tämä on erityisen yleistä kuparialtaissa (koska kupari rakastaa syöpymistä) ja kaikkialla, missä haluat kiiltävän, puhtaan pinnan, kuten liittimet. Kauppa-? Korkeammat kustannukset ja joskus galvaaninen korroosio-ongelmia,-kuten alumiinin ohut nikkeli naarmuuntuu. Mutta erittäin{5}}luotettavissa töissä se yleensä kannattaa. Hyvä nikkeli- tai tinalevy pitää jäähdytyselementin toiminnassa pitkän matkan ajan.
Jäähdytyslevyt eri tyyppisillä pintakäsittelyillä
Jäähdytyslevyjen pinnoitteet: esteettinen ja eristävä viimeistely
Jäähdytyslevypinnoitteet tarkoittavat yleensä maaleja, jauhemaaleja tai polymeerikalvoja, jotka joutuvat päälle jäähdytyslevyn valmistuksen jälkeen. Nämä kerrokset ovat paljon paksumpia kuin anodisointi-ajattele 30–100 mikronia-ja rehellisesti sanottuna ne suojaavat osaa tai tekevät siitä hyvän näköisen, eivät auttamaan sitä jäähtymään paremmin. Itse asiassa pinnoite muuttuu todelliseksi lämpötiesulkuksi. Eräs jäähdytyselementtien suunnittelija sanoi suoraan: "Älä maalaa jäähdytyselementtejä." Maali jättää ohuen, eristävän kalvon, joka hidastaa lämmönsiirtoa. Jopa mattamusta takki, josta joidenkin mielestä voi olla apua, itse asiassa heikentää suorituskykyä hieman. Sen alhainen lämmönjohtavuus ja paksuus vain haittaavat.
Nyt on käänne. Pinnoitteet lisäävät pinnan emissiokykyä. Hyvän mustan pinnan emissiokyky voi olla välillä 0,4-0,8, paljon parempi kuin kiiltävällä metallilla. Joten kyllä, maalattu jäähdytyselementti säteilee lämpöä tehokkaammin. Mutta tässä on saalis: tämä tehostus harvoin korvaa sen tosiasian, että pinnoite estää lämmön virtauksen itse metallista. ProtoLabsin tiedot osoittavat, että jauhemaalit voivat heikentää lämpötehokkuutta 20–50 prosenttia suuritehoisissa jäähdytyselementeissä. Joten maalatut pesualtaat lämpenevät kuumemmiksi, varsinkin kun asiat käyvät kovaksi. Jotkut valmistajat tarjoavat "lämpöä hajottavia" maaleja, mutta kuten eräs insinööri huomautti, paljas metalli itse asiassa voittaa pinnoitetut osat, kun lämpötilaero ei ole suuri.
On olemassa toisentyyppisiä pinnoitteita,{0}}konversiopinnoitteita, kuten kromaatti tai fosfaatti. Nämä ovat eri tarina. Ne ovat erittäin ohuita, vain mikronin murto-osia, ja ne kiinnittyvät suoraan metalliin. Ne tuskin koskettavat lämmönsiirtoa, mutta auttavat maalia tarttumaan ja lisäävät hieman korroosiosuojaa.
Bottom line: ihmiset käyttävät polymeeripinnoitteita jäähdytyslevyissä ulkonäön tai sähköeristyksen vuoksi, eivät paremman jäähdytyksen vuoksi. Ne saavat osan näyttämään teräviltä ja auttavat välttämään naarmuja tai sähköoikosulkuja, mutta lämpösuorituskykyyn on aina pieni osuma. Vähätehoisissa-LED-valaisimissa tai kuluttajavempaimissa, joissa ulkonäöllä on väliä, musta tai valkoinen jauhemaali on yleensä hyvä. Mutta kun on kyse korkean -suorituskyvyn tavaroista, insinöörit välttelevät paksua maalia kriittisissä jäähdytyselementeissä.
Suorituskyvyn ja tehokkuuden vertailu
Joten, miten nämä hoidot todella tehoavat, kun on kyse lämmön poistamisesta? Se todella riippuu tavasta, jolla jäähdytät asioita. Jos luotat passiiviseen jäähdytykseen-ei tuulettimia, vain vanha hyvä luonnollinen ilmavirta-tehostaa emissiivisuutta. Siellä musta anodisointi tai erikoispinnoitteet loistavat, kirjaimellisesti ja kuvaannollisesti. Ne antavat jäähdytyselementin päästää enemmän lämpöä säteilyn kautta. Ota pieni passiivinen jäähdytyselementti: jos anodisoit sen mustaksi, voit pudottaa sen lämpötilaa 10–20 % antamalla sen säteillä paremmin.
Mutta kun otat tuulettimen sisään ja vaihdat pakotettuun{0}}ilmajäähdytykseen, konvektio ottaa vallan. Yhtäkkiä tuo hieno{2}}emissiokykyinen pinnoite auttaa vain vähän-vain muutaman prosentin parannusta, ei mitään dramaattista.
Entä pinnoitetut metallit? Esimerkiksi nikkeli{0}}pinnoitetut pesualtaat johtavat silti lämpöä lähes yhtä hyvin kuin paljas alumiini. Eräs insinööri jopa ilmaisi asian melko suoraan: anodisoidut pinnoitteet eivät vain siirrä lämpöä yhtä tehokkaasti kuin metallipinnoitus. Ohut anodisoitu kerros-vain muutaman mikronin paksuus-ei kuitenkaan estä johtavuutta. Isompi kuva: eloksoiduissa tai maalatuissa jäähdytyslevyissä on kyse lämmön säteilemisestä, kun taas pinnoitetut jäähdytyslevyt keskittyvät johtamaan sitä ja vastustamaan korroosiota.
Yhteenvetona: mustat eloksoidut nielut säteilevät lämpöä -joskus jopa 8–10 kertaa paremmin kuin paljaat metallit. Pinnoitus puolestaan pitää pinnan yhtä johtavana kuin raakametalli. Useimmat suunnittelijat pitävät anodisointia parhaana vaihtoehtona passiiviseen jäähdytykseen. Mutta jos olet huolissasi ruosteesta tai pitkäaikaisesta kulumisesta-, pinnoitus ottaa johtoaseman. Puhaltimilla tai sekajäähdytyksellä varustetuissa järjestelmissä erot pienenevät. Itse asiassa tuuletin{9}}jäähdytteisillä pesualtailla paksu musta maali saattaa laskea lämpötiloja vain muutaman asteen verrattuna paljaaseen alumiiniin. Nikkelöinti? Lämpötilan muutosta tuskin huomaa ollenkaan.
Korroosionkestävyys ja kestävyys
Jäähdytyselementtien pintojen suojaaminen korroosiolta on todella tärkeää. Otetaan esimerkiksi anodisointi,-se rakentaa lujan, keraamisen-kaltaisen kerroksen suoraan alumiiniin. Tämä kerros pitää ilman ja kemikaalien poissa, joten anodisoidut nielut kestävät kosteutta tai suolaa paljon paremmin kuin paljas metalli. Myös pinnoitus toimii. Vain ohut nikkeli- tai tinakerros kuparilla voi pysäyttää hapettumisen ja auttaa jäähdytyselementtiä jatkamaan työtään vuosia. Kuvittele niklattu-kuparinen pesuallas, joka istuu kosteassa paikassa; se näyttää ja toimii edelleen kuin uusi kauan sen jälkeen, kun päällystämätön alkaa mennä alamäkeen.
Maali ja jauhemaalit auttavat peittämään metallin, mutta ne ovat vain niin hyviä kuin pintansa. Jos ne naarmuuntuvat tai halkeilevat, korroosio hiipi sisään. Ohuet kemialliset pinnoitteet, kuten kromaatit tai fosfaatit, lisäävät toisen suojakerroksen, mikä usein jatkuu ennen jauhemaalausta suojan tukemiseksi. Mitä tulee näiden pintakäsittelyjen toimivuuteen,-anodisoitu alumiini saa melkein aina huippuarvosanat korroosionkestävyydestä, ja myös nikkelipinnoitus saa korkeat arvosanat. Paljas alumiini alkaa muodostaa oksideja nopeasti, ja kupari tummuu hetkessä.
Siksi löydät anodisoinnin tai pinnoituksen useimmista jäähdytyslevyistä, joita käytetään ulkona tai vaativissa teollisuusympäristöissä. Molemmat menetelmät tekevät erinomaista työtä hapen ja kosteuden estämisessä, joten jäähdytyselementti kestää pidempään. Paras valinta riippuu vain metallista, jonka kanssa työskentelet ja missä pesuallas aiotaan käyttää.
Kustannusnäkökohdat
Kustannuksella on aina väliä. Suurimman osan ajasta anodisointi on halvempi tapa alumiinijäähdytyslevyille, varsinkin jos teet suuren erän. Se on vankka ja luotettava prosessi kaikelle alumiinista puristetulle tai koneistetulle prosessille. Toisaalta pinnoitus voi olla kaikkialla kartan hinta-viisas. Tina ja tavallinen nikkeli eivät ole liian huonoja, mutta kun alat puhua hopeasta tai kullasta, lasku hyppää nopeasti. Ja kun hankit erikoispinnoitteita-keraamisia maaleja, paksuja polymeerejä-, et maksa vain materiaaleista. Maksat myös ylimääräisistä työstä, kuten kovetuksesta ja peittämisestä, mikä vie aikaa ja rahaa.
Kustannukset vaihtelevat sen mukaan, kuinka paksu pinnoite on ja kuinka paljon esikäsittelyä osa vaatii. Kova-anodisointi, joka antaa sinulle paremman kulutuskestävyyden, maksaa enemmän kuin tavallinen. Jauhemaalaus näyttää halvalta per osa, mutta käytät enemmän aikaa kappaleiden viimeistelyyn. Todellakin, anodisointi osuu suloiseen paikkaan: se on edullinen ja saa työn tehtyä. Pinnoituksella tai hienoilla pinnoitteilla on järkeä vain, jos tarvitset jotain erityistä,-kuten tietyn ulkoasun tai ominaisuuden, jota anodisointi ei voi tarjota. Oletetaan, että tarvitset akselin sähkön johtamiseen,{6}}ja sinun on pinnoitettava se, jolloin hinta ei enää kiinnosta.
Bottom line: useimmat suunnittelijat valitsevat anodisoinnin alumiinijäähdytyslevyille, koska se toimii hyvin eikä riko pankkia. Jos tarvitset erityisiä lisävarusteita, kuten metalliviimeistelyn tai tietyn värin, pinnoituksesta tai erikoispinnoitteesta kannattaa ehkä maksaa enemmän. Varmista vain, että ylimääräinen suorituskyky tai tyyli on todella hintansa arvoinen. Yksinkertainen anodisoitu jäähdytyselementti antaa sinulle usein enemmän arvoa kuin kallis pinnoitettu jäähdytyselementti, jonka lämmönsuorituskyvyssä ei ole juurikaan eroa.
PowerWinxon johtava tehokkaiden{0}}jäähdytyslevyjen ja lämmönhallintakomponenttien toimittaja. Tarjoamme laajan valikoiman jäähdytyslevyjä edistyneillä pintakäsittelyillä mustista-anodisoiduista alumiinilevyistä, jotka tehostavat säteilyjäähdytystä, korroosionkestävään-nikkeli-kupariin. Toimittamalla pesualtaat uusimmilla anodisointi-, pinnoitus- ja pinnoitusvaihtoehdoilla PowerWinx auttaa elektroniikkasuunnittelijoita pitämään laitteensa viileinä ja luotettavina.
