방열판 기본 소개

전자 기술의 발달로 전자 부품의 효율이 상대적으로 향상되고 발열량도 증가하고 있습니다.

정상적인 작업 조건을 유지하려면 효율적인 열 방출이 매우 중요합니다. 전기 부품의 작동으로 인해 발생하는 열을 방출하고 작업 효율성을 향상시키는 방열판입니다.

방열판주로 알루미늄 합금, 황동 또는 청동으로 판, 시트 또는 여러 시트 형태로 만들어집니다. 예를 들어, 컴퓨터의 CPU 중앙 처리 장치, TV의 파워 튜브와 라인 튜브, 파워 앰프의 파워 앰프 튜브는 모두 방열판을 사용합니다.

열 전달 유형:

1. 자연 대류: 펌프나 팬과 같은 외부 힘에 의존하지 않고 유체의 고르지 않은 온도 장으로 인해 발생하는 흐름입니다.

2. 힘 대류: 외력의 영향을 받아 액체나 기체가 대류하는 현상.

(팬이 있는 방열판)

3. 액체 냉각:펌프를 사용하여 히트파이프의 액체를 순환시켜 열을 방출합니다.

(액체 냉각판)

방열판의 역사

잘 알려진 바와 같이 전자 장비의 작동 온도는 수명과 안정성을 결정합니다. PC의 작동 온도를 합리적인 범위 내로 유지하려면 열 방출이 이루어져야 합니다. PC 컴퓨팅 성능이 향상됨에 따라 전력 소비 및 열 방출 문제는 점점 더 피할 수 없는 문제가 되었습니다.

PC의 주요 열원에는 CPU, 마더보드, 그래픽 카드 및 하드 디스크와 같은 기타 구성 요소가 포함됩니다. 작업 중에 소비되는 전기 에너지의 상당 부분이 열로 변환됩니다. 특히 현재 하이엔드 그래픽 카드의 경우 전력 소비가 200W에 쉽게 도달할 수 있으며 내부 구성 요소의 가열 용량도 과소평가할 수 없습니다. 안정적인 작동을 위해서는 열을 효과적으로 발산하는 것이 더욱 필요합니다.

1세대 - 방열 개념이 사라진 시대

1995년 11월 부두 그래픽 카드의 탄생은 우리의 비전을 3D 세계로 가져왔습니다. 이후 PC는 아케이드와 거의 동등한 수준의 3D 처리 능력을 갖추게 되면서 본격적인 3D 처리 기술 시대를 열어가고 있다. 그 이후로 그래픽 칩의 개발은 통제 불능 상태가 되었습니다. 코어 작동 주파수는 100MHz에서 900MHz로 늘어났고, 텍스처 채우기 속도는 초당 1억에서 초당 420억(GTX480)으로 치솟았습니다. 이러한 성능의 큰 변화에 직면하여 열은 매우 큽니다.

그래픽카드에는 공냉식, 히트파이프, 반도체 냉동칩 등 냉각 장비도 적용된다. 오늘은 주류 그래픽 카드 냉각 장비의 개발 및 동향을 소개하겠습니다.

부두 그래픽 카드가 처음 출시되었을 때 방열 시설이 없었고 코어의 매개 변수가 우리에게 노출되었습니다. 현재 주류 그래픽 카드와 비교했을 때 당시에는 GPU에 대한 언급이 없었습니다. 그래픽 카드에 있는 메인 코어 칩의 처리 능력은 현재의 네트워크 카드보다 훨씬 약하기 때문에 열이 거의 0에 가깝고 열 방출이 거의 필요하지 않습니다.

2세대 - 방열판 적용

1997년 8월 엔비디아는 다시 3D 그래픽 칩 시장에 진출해 NV3, 즉 Riva 128 그래픽 칩을 출시했습니다. Riva 128은 코어 주파수가 60MHz인 128비트 2D 및 3D 가속 그래픽 코어입니다. 코어의 발열이 점차 문제가 되면서 히트싱크의 적용이 그래픽카드 분야에도 본격적으로 들어섰습니다.

3세대 -- 공냉식 및 방열 시대 도래

tnt2의 출시는 3dfx의 심장에 큰 총알을 맞은 것과 같았습니다. 핵심 주파수는 150MHz로, 32-비트 렌더링, 24비트 Z-버퍼, 이방성 필터링, 파노라마 안티 앨리어싱, 하드웨어 볼록 오목 매핑, 성능향상은 발열량의 증가를 의미하지만 기술에는 큰 진전이 없습니다. 0.25미크론이 여전히 사용되므로 방열판의 패시브 방식은 더 이상 현재 요구 사항을 충족할 수 없습니다. 그래픽 카드에서는 액티브 냉각 모드를 사용하기 시작합니다.

냉각 시스템 Twinturbo-ii(2세대 완전 커버형 듀얼 터빈 냉각 팬), 냉각 핀이 그래픽 카드 전체를 완전히 덮습니다. 시작할 때 공기가 한 방향으로 두 개의 팬을 통해 나가고 들어오므로 칩과 비디오 메모리의 열을 빠르게 효과적으로 제거할 수 있습니다. 또한 두 개의 볼 베어링 팬은 소음을 효과적으로 감소시킬 수 있으며 금속 방열망을 사용하여 서비스 수명을 연장합니다.

고속 팬이 열 방출 문제를 해결하는 가장 좋은 방법이지만 일부 친구들은 3D 게임을 즐기는 동안 팬 소음을 참을 수 없습니다. 다행스럽게도 히트파이프 기술을 적용하면 이 문제가 해결됩니다.

일반적으로 코어 흡열 블록, 후면 흡열 블록, 2개의 대면적 방열판 및 히트 파이프로 구성됩니다. 히트파이프는 수동적 열전도 장치로서 내부 작동유체의 상상태 변화를 통해 흡열부에서 열 방출부로 열을 빠르게 전달한 후 내부 모세관 구조에 의지하여 열흡수부로 복귀하는 장치입니다. . 전력 소모와 소음 없이 앞뒤로 순환됩니다.

게다가 열전도 능력도 강해요. 제한된 공간에서 빠른 열 전달을 실현하여 방열 면적을 늘리고 수동 방열 효과를 크게 향상시키는 효과적인 수단입니다. 그러나 이 방열 방법에는 여전히 단점이 있습니다. 방열 용량이 충분히 강하지 않고 중간급 카드에서만 사용할 수 있기 때문입니다. 이 기술을 하이엔드에서 활용하려면 팬을 추가해야 한다.

열 손실 계산 원리

일반적인 방열 방법은 장치를 방열판에 설치하는 것입니다. 방열판은 열을 공기 중으로 방출하며 결국 자연 대류를 통해 열이 방출됩니다.

일반적으로 라디에이터에서 공기로의 열 흐름(P)은 다음과 같이 나타낼 수 있습니다.

공식 P=HA θ △ T에서

H는 방열판의 전체 열 전달 전도도(w/cm2 도)이고,

A는 방열판의 표면적(cm2)이고,

eta 방열판 효율을 위해,

△T는 방열판의 최대 온도와 주변 온도의 차이(도)입니다.

위 공식에서 h는 복사와 대류(자연대류, 강제대류, 물질)에 의해 결정됩니다.

eta 주로 사용되는 방열판의 재질 크기와 두께에 따라 결정됩니다. 일반적으로 알루미늄(2.12w/cm² 정도)이나 구리(3.85w/cm² 정도)와 같이 열전도율이 높은 재료는 상당히 열악합니다.

θ는 방열판의 구성 요소에 따라 결정됩니다. (방열판 구조의 영향)

즉, 방열판의 표면적이 클수록 방열판과 주변 온도의 차이가 커질수록 방열판의 방열이 더 효과적으로 이루어집니다.

내열성

매개변수:

Rt-----총 내부 저항, 각도 /W

Rtj---- 반도체 장치의 내부 열 저항, 도 /W

Rtc----- 반도체 장치와 방열판 사이의 인터페이스 열 저항, 도/W

Rtf----- 방열판의 내열성, 정도 /W

Tj----- 반도체 장치 접합 온도, 정도

Tc----- 반도체 장치 쉘 온도, 정도

Tf----- 방열판 온도, 정도

Ta----- 환경 온도, 정도

Pc----- 반도체 장치의 서비스 전력, W

△Tfa----- 방열판 온도 상승, 정도

열 손실 계산 공식

rtf=(Ti-Ta)/Pc-Rti-RTC

방열판의 열 저항 RFF는 방열판 선택의 주요 기준입니다. TJ와 RTJ는 반도체 소자가 제공하는 매개변수이고, PC는 설계에 필요한 매개변수이며, RTC는 열설계 전문서적에서 찾아볼 수 있다.

(1) 계산된 총 열저항 Rt:

Rt=(티맥스-TA)/Pc

(2) 방열판 열 저항 RTF 또는 온도 상승 △ TFA를 계산합니다.

RTF=RTJ - RTC

△Tfa=Rtf × PC

(3) 방열판의 작동 조건(자연 냉각 또는 강제 공랭)에 따라 RT 또는 △TFA 및 PC에 따라 방열판을 선택하고 선택한 방열 곡선(RTF 곡선 또는 △TA 선)을 확인합니다. 방열판. 곡선에서 찾은 값이 계산된 값보다 작으면 적합한 방열판을 찾습니다.

열 전도성

열전도율은 단위 길이당 및 K당, 얼마나 많은 w 에너지가 전송될 수 있는지, 단위는 w/m를 의미합니다.

"W"는 전력 단위, "m"은 길이 단위 미터, "K"는 절대 온도 단위를 나타냅니다.

값이 클수록 열전도율이 좋아집니다.

AL6063: 알루미늄 압출용 공통 소재

AL6061: CNC 가공 금속:

AL1100 또는 AL1050: AL 핀 공통 재료

C1100: Cu 핀 공통 재료

C1020: 히트파이프의 공통재료

ADC12 또는 ADC 10 또는 A380: 다이캐스팅 소재

방열판의 분류

1. 사용되는 재료에 따라 다음과 같이 나눌 수 있습니다.

ㅏ. 알루미늄 방열판

비. 구리 방열판

씨. 구리 알루미늄 결합 방열판

디. 히트파이프 핀

2. 제조 공정에 따라 다음과 같이 나눌 수 있습니다.

a. 압출 방열판

이것은 현대 방열에 널리 사용되는 우수한 방열 재료입니다. 대부분의 제조업체는 AL6063-T5 고품질 알루미늄을 사용하며 순도는 98% 이상에 도달할 수 있으며 열 전도 용량이 강하고 밀도가 낮으며 낮은 밀도를 갖습니다. 가격, 그래서 그것은 주요 제조 업체에 의해 선호 되었습니다.

b. 단조 및 주조 방열판:

LED에 일반적으로 사용되는 모양: 둥근 핀이 있는 방열판

c. AL 스카이빙 핀 방열판

장점: 방열 영역(핀이 너무 조밀하기 때문에 알루미늄 압출 방열판의 문제를 해결)

단점: 소량 생산에 적합하고 비용이 높음(알루미늄 압출 방열판에 비해)

d. 구리 스카이빙 방열판:

장점: 우수한 방열 성능으로 구리 압출 문제를 해결합니다.

단점 : 고가, 중량무거움, 경도가 높음, 가공이 어려움(AL에 비해)

g. 구리가 삽입된 방열판

장점: 저렴한 비용과 대량 생산

단점: 구조

주로 컴퓨터 CPU에 사용됩니다. 접점부분이 구리블록으로 변경되었습니다. 구리는 빠른 열흡수와 열전도 에너지를 가지고 있습니다.

강력한 힘의 특성으로 CPU 작동으로 발생하는 많은 양의 열에너지를 표면 구리 블록으로 빠르게 가져올 수 있으며, 구리 블록은 알루미늄 압출 방열판과 밀접하게 결합되어 많은 양의 열에너지를 얻을 수 있습니다. 알루미늄 압출 방열판으로 빠르게 확산되고 팬의 회전에 의해 제거됩니다.

i. 접착 방열판

장점:

이 기술은 구리 및 알루미늄 핀, 구리 및 알루미늄 베이스와 임의로 결합 및 일치시킬 수 있으며 용접 공정에서 다양한 용접 페이스트의 불균일한 열 전도로 인해 발생하는 새로운 내열성의 단점을 효과적으로 방지할 수 있으며 대형 방열판을 만들 수 있습니다. 생산.

단점:

고객이 열 솔루션에 대해 더 많은 선택성과 다양성을 갖도록 하십시오. 그러나 가공의 특수성으로 인해 대량 생산 비용이 여전히 너무 높습니다.

냉각판

냉각판 디자인:

냉각판은 작고 얇은 판 모양으로 내부에 유체 채널이 배열되어 유체와 냉각판 사이에 대류를 생성하고 냉각판 표면에서 발생하는 고전력 전자 부품의 열 소비를 분산시킵니다. .

냉각판의 적용 장점은 단위 면적당 더 많은 열을 방출할 수 있어 방열판 구조를 소형화할 수 있다는 점입니다. 냉각 시스템의 단점은 유체 매체가 있는 시스템에 사용해야 하고 유지 관리가 복잡하며 구성 요소의 신뢰성이 높다는 것입니다.

수냉판 설계 기초

P: 전력 소비

Tc, Tj: Tc는 방열판의 표면 온도를 나타내고, Tj는 칩 접합 온도를 나타냅니다.

주석: 물 유입 온도

ΔTC: 방열판 표면 온도 상승, ΔT=(Tc-Tin)/P

Tout : 출구 수온

△ TW : 입구 및 출구 수온 상승, △ TW=Tout-Tin

Ta: 환경 온도

유체: EGW x%, 또는 PGW x%, 또는 물

△ ts : 방열판 표면의 각 칩의 온도차

압력: 유체 압력 강하

신뢰성물 냉각판

1) 강도 - 제품이 구조용 요구 사항을 충족합니다.

2) 압력 유지 테스트 - 제품은 시스템의 고압 작동 시 밀봉 요구 사항을 충족합니다.

3) 누출 테스트 - 제품은 특정 압력 조건에서 단위 시간당 누출 요구 사항을 충족합니다.

4) 내식성 요구 사항 - 제품에 사용되는 원자재는 수년간의 내식성 및 누출 없음 요구 사항을 충족합니다.

5) 진동 요구 사항 - 제품은 특정 진동 조건에서 밀봉 요구 사항을 충족합니다. 그리고 구조가 손상되지 않고 견고성이 감소되지 않습니다.

6) 기타 평탄도, 거칠기, 나사 인발력, 나사 예압 등

수냉판 가공 기술:

1) CNC 채널형 : CNC(홈)+아르곤아크용접, CNC(홈)+브레이징, CNC(홈)+진공브레이징, CNC(홈)+마찰교반용접, CNC(홈)+O링

2) 심공 가공 형태 : 건 드릴 + 아르곤 용접, 건 드릴 + 트위스트 피스 + 아르곤 용접, 건 드릴 + O 링, 건 드릴 + 트위스트 피스 + O 링

3) 주조형태 : 중력주조 매립관, 중력주조+아르곤 용접·중력주조+브레이징, 중력주조+진공 브레이징 용접, 중력주조+마찰교반용접

4) 코일 용접 형태 : CNC 알루미늄 판 + 구리 파이프 + 에폭시, CNC 알루미늄 판 + 강관 + 에폭시, CNC 알루미늄 판 + 구리 파이프 + 주석 용접

5) 초박수 냉각판 공정 : 와이드 플랫 튜브 용접, 스탬핑 시트 확산 용접, 스탬핑 시트 브레이징, 스탬핑 시트 진공 브레이징

6) 압출 수판 형태 : 어레이 션트 홀 수판, 초박형 배터리 수냉판

표면 처리

1. 샌드 블라스팅

샌드 블라스팅은 압축 공기를 사용하여 석영사를 고속으로 날려 부품 표면을 청소하는 방법입니다. 모래 부는 행위라고도 합니다. 녹을 제거할 뿐만 아니라 기름도 제거합니다. 코팅의 경우 부품 표면의 녹 제거에 매우 적합합니다. 부품의 표면을 수정합니다. 강철 구조물의 고강도 볼트 연결은 진보된 방법입니다. 고강도 연결은 접합 표면 사이의 마찰을 사용하여 힘을 전달하기 때문에 접합 표면의 품질에 대한 요구 사항이 높습니다. 조인트 표면은 샌드 블라스팅으로 처리해야 합니다.

샌드 블라스팅은 복잡한 형상에 사용되며 수동으로 녹을 제거하기 쉽고 효율성이 낮으며 현장 환경이 열악합니다.

샌드 블라스팅 기계에는 다양한 사양의 샌드 블라스팅 건이 있습니다. 특별히 작은 상자가 아닌 한 총을 넣어 건조시킬 수 있습니다.

압력 용기의 지지 제품----헤드는 샌드 블라스팅을 채택하여 공작물 표면의 산화물 스킨을 제거합니다. 석영사의 직경은 1.5m~3.5mm이다.

샌드블라스팅 중 하나인 부품을 가공하기 위해 에머리를 구동하기 위해 물을 캐리어로 사용하는 일종의 가공이 있습니다.

2.알루미늄 합금의 표면 처리

1). 알루미늄 합금의 전기 도금 공정

알루미늄 및 그 합금의 화학적, 물리적 특성으로 인해 알루미늄 부품의 전기도금은 강철 기판의 전기도금보다 훨씬 어렵고 일부 특수 처리가 수행되어야 합니다. 다음은 자동차 알루미늄 합금 휠 허브의 전기 도금 공정 흐름입니다.

연마 - 쇼트 피닝(선택적) → 초음파 왁스 제거 → 수세 → 알칼리 에칭 및 오일 제거 → 수세 → 산 에칭(라이트 아웃) → 수세 → 아연 침지 → 수세 → 탈아연 → 수세 → 아연 침지 → 수세 → 전기 도금 다크 니켈 → 물 세척 → 산성 밝은 구리 I → 물 세척 → 연마 → 초음파 왁스 제거 → 물 세척 → 음극 전해 오일 제거 → 물 세척 → 활성화 → 물 세척 → 반 광택 니켈 → 고황 니켈 → 광택 니켈 → 니켈 밀봉 → 물 세척 → 크롬 도금 → 물 세척

2). 알루미늄 합금의 무전해 도금 공정

알루미늄 합금의 무전해 니켈 도금은 우수한 성능으로 인해 제조업체에서 점점 더 많이 채택되고 있습니다. 무전해 니켈 도금은 니켈 인 도금이라고도 알려져 있습니다. 알루미늄 합금 표면(컴퓨터 방열판, 하드 디스크 등)은 다음 공정을 채택합니다.

상온약품탈지 → 유수세정 2회 → 열탈지 → 유수세정 2회 → 알칼리부식 → 유수세정 3회 → 산세척 → 유수세정 2회 → 1차 아연침지 → 유수세정 2회 → 20% 질산 → 유수세정 × 3 → 2차 아연침지 → 유수세정 ×3 → (1-5%) 암모니아 사전침지 → 예비도금 약산니켈 → 유수세정 x2 → 순수세정 → 중인광약니켈 또는 고인광화학니켈 → 유수세정 3회 → 부동태화 → 유수세정 3회 → 건조 및 건조 → 검사 → 포장

반도체 소자 등 전자 부품 표면의 알루미늄 기판에는 용접이 필요하기 때문에 무전해 니켈 도금, 무전해 금 도금이 필요한 경우가 많습니다. 프로세스 흐름은 다음과 같습니다.

탈지 → 알칼리 에칭 → 연마 → 1차 아연 침지 → 탈아연화 → 전처리액 → 2차 아연 침지 → 무전해 니켈 도금 → 산세 프리프레그 → 무전해 금도금 → 최종 처리

3. 패시베이션

패시베이션은 금속을 아질산염, 질산염, 크로메이트 또는 중크롬산염 용액으로 처리하여 금속 표면에 크롬산염 패시베이션 필름 층을 만드는 것입니다. 아연, 카드뮴 코팅의 후처리로 코팅의 내식성 향상, 비철금속 보호, 도막 접착력 향상 등을 위해 자주 사용됩니다.

알루미늄 및 알루미늄 합금의 패시베이션 공정:

알루미늄 및 그 합금을 크로메이트 처리하면 양극산화처리와는 전혀 다른 또 다른 화성피막을 얻을 수 있습니다. 그 조성은 크롬의 복합화합물인 아연과 카드뮴의 크로메이트 피막과 동일합니다.

알루미늄 양극과 크롬산염의 차이점 --- 전도성과 비전도성

알루미늄 압출 방열판의 일반적으로 사용되는 마감: 1.Clean 2.Anodizing 3.Chromate

구리 방열판의 일반적으로 사용되는 마감: 항산화

4. 니켈 도금

금속 또는 일부 비금속에 전해 또는 화학적 방법으로 니켈 층을 도금하는 방법을 니켈 도금이라고 합니다. 니켈도금에는 전기도금과 무전해 니켈도금이 있습니다.

전기도금은 니켈염, 전도성 염, PH 완충제, 습윤제로 구성된 전해질에 있으며, 양극에는 금속 니켈이 사용됩니다. 직류를 인가하면 도금된 부분에 균일하고 조밀한 니켈 도금층이 증착됩니다. 밝은 니켈은 광택제를 첨가한 도금액에서 얻어지고, 어두운 니켈은 광택제를 첨가하지 않은 전해액에서 얻어집니다.

무전해 도금은 자기촉매 도금이라고도 합니다. 특정 공정은 수용액 중의 금속 이온이 환원제에 의해 환원되어 특정 조건에서 고체 매트릭스 표면에 침전되는 공정을 의미합니다. ASTM b374(미국 재료 시험 협회)에 정의된 바와 같이, 자가촉매 도금은 "증착되는 금속 또는 합금에 의해 촉매되는 제어된 화학적 환원에 의해 금속 코팅을 증착하는 것"입니다. 이 공정은 변위 도금과 다릅니다. 코팅은 지속적으로 두껍게 될 수 있으며 도금된 금속 자체에도 촉매 능력이 있습니다.

무전해 니켈 도금은 우수한 납땜성으로 인해 방열 산업에서 일반적으로 사용됩니다.

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