최근 몇 년 동안 태양광 발전, 신에너지 자동차 및 5G 통신의 급속한 발전으로 인해 열전도율이 높은----알루미늄 합금을 사용한 방열 소재로 사람들이 선호하는 가치가 높아지고 있습니다.
태양광 발전에 있어서 인버터의 효율은 태양광 발전 시스템의 성능을 결정하는 중요한 요소입니다. 태양광 인버터는 태양광 모듈에서 생성된 직류 전류를 교류 전류로 변환하는 전력 전자 장치의 일종입니다. 주요 구성 요소에는 스위치 트랜지스터(IGBT, MOSFET), 자기 코어 구성 요소(인덕터, 변압기) 등이 포함됩니다. 고온으로 인해 태양광 인버터에 오류가 발생하면 태양광 시스템이 정지되어 막대한 전력 손실이 발생합니다.
신에너지 전기 자동차의 경우 지능화 및 전기화 수준이 나날이 증가하고 있으며 내부 전기 장비의 열 방출은 전체 차량의 안전에 직접적인 영향을 미칩니다.
5G 기지국의 전력 소모량은 4G 대비 2.5-3.5배입니다. RRU(Remote Radio Unit)는 5G 기지국의 중요한 장치로 사용자 정보 교환을 위한 안정적이고 신뢰할 수 있는 채널을 제공하여 정확하고 실시간 정보 전달을 보장합니다.
작업 중에 각 모듈은 많은 양의 열을 생성합니다. 제때에 소멸되지 않으면 내부 환경의 온도가 고온으로 상승하게 됩니다.
정격 온도를 초과하면 전자 장치가 안정적으로 작동하지 않아 사용자 정보 전송의 적시성에 영향을 미치고 서비스 수명이 단축될 수도 있습니다.
위의 분야 외에도 통신에 사용되는 고출력 LED 조명 및 광섬유 모듈과 같은 다른 구성 요소는 열 방출에 대한 요구 사항이 높습니다.
이러한 장치의 전자 부품에는 정격 작동 온도가 있습니다. 열이 외부로 전달되지 못하고 계속해서 온도가 쌓이면 온도는 점점 더 높아질 것입니다.
이러한 장치 내부의 전자 부품의 작동 온도를 정격 온도 범위 내로 유지하고 효율성과 수명을 보장하려면 장치 내부 열을 전달하기 위한 열전도성 재료를 사용해야 합니다.
따라서 히트싱크 제조에 사용되는 높은 열전도율 소재는 항상 연구의 초점이 되어 왔습니다.
광학 모듈
5G 통신 기지국
특정 신에너지 차량의 멀티미디어 하우징
열전도율의 정의
열전도도는 재료의 열전도도를 특성화하는 매개변수 표시기입니다. 이는 단위 시간당, 단위 면적당, 음의 온도 구배 하에서의 열전도도를 W/m·K 또는 W/m·degree 단위로 나타냅니다.
일반 물질의 열전도 계수는 표 1에 나와 있습니다.
표 1 다양한 물질의 열전도 계수
방열판 소재로 적합한 금속
표 1에서 알 수 있듯이 금속재료 중 금, 은, 구리, 알루미늄의 방열계수는 모두 200W/(m·K)를 초과하여 모두 우수한 열전도도를 나타내고 있다.
그러나 금과 은은 질감이 부드럽고 밀도가 높으며 가격이 비싸기 때문에 널리 사용되지는 않습니다.
구리의 열전도 계수도 매우 높기 때문에 경도가 부족하고 밀도가 높으며 비용이 약간 높고 가공 난이도가 높은 등 불리한 조건으로 인해 방해를 받을 수 있으며 방열판 핀 관련 분야에서는 덜 사용됩니다.
알루미늄은 지각에서 함량이 가장 높은 금속으로 높은 열전도율, 낮은 밀도, 저렴한 가격으로 인해 선호됩니다. 그러나 순수 알루미늄의 경도가 낮기 때문에 일반적으로 다양한 응용 분야에서 다양한 공식 재료를 첨가하여 알루미늄 합금을 만듭니다. 이는 순수 알루미늄이 갖지 않는 많은 특성을 얻고 방열판 가공 재료에 이상적인 선택이 됩니다.
알루미늄 합금 방열판
열전도성 알루미늄 합금의 연구 상태는 주로 변형 알루미늄과 주조 알루미늄의 두 가지 범주로 나뉘며 각각 특성이 다릅니다.
변형된 알루미늄 합금: 알루미늄 합금의 열전도율에 대한 기존 연구는 주로 변형된 알루미늄 합금에 중점을 두고 있습니다. 열전도율을 높이기 위한 변형 알루미늄 합금은 주로 알루미늄 합금 라디에이터, 히터, 에어컨 등 자동차, 전자제품 등의 분야에 사용됩니다.
기존의 구리 또는 강철 방열판에 비해 알루미늄 방열판은 경량, 우수한 내식성, 낮은 운영 비용 등의 장점이 있어 널리 사용되었습니다. 컴퓨터 방열판의 경우 알루미늄 방열판이 구리/강철 방열판과 플라스틱 팬을 대체하면서 주류가 되었습니다. 변형 알루미늄 합금의 단점은 구조를 담당하는 부품을 만들기 어렵다는 것입니다.
알루미늄 합금 주조: 주조는 응고 형성에 속하며 현재 복잡한 구조 부품을 형성하는 데 가장 적합한 공정입니다. 주조 알루미늄 합금의 경우 합금의 충전 성능과 기계적 특성을 보장하려면 일반적으로 더 많은 합금 요소를 추가해야 합니다. 주조 알루미늄 합금의 실리콘은 합금의 유동성을 향상시킬 수 있지만, 실리콘 함량이 증가하면 열전도율이 감소합니다. 따라서, 고열전도율 주조 알루미늄 합금 개발의 어려움은 합금 설계 및 미세 구조 제어를 통해 높은 열전도율을 유지하면서 우수한 유동성을 보장하는 데 있습니다.
열전도율에 대한 열처리의 효과
알루미늄 합금의 열처리에는 주로 고용체, 시효 및 어닐링이 포함되며 열전도율에 미치는 영향은 다릅니다.
고용체 처리: 고용체 처리 후 원소가 고용체 상태로 존재하는 알루미늄 합금의 열전도율 및 열확산 성능은 원소상이 석출될 때 알루미늄 합금 매트릭스의 열전도율 및 열확산 성능보다 낮습니다. 그 이유는 고용체 처리 후 재료 구조가 크게 변화하고 일부 합금 원소와 강화상이 매트릭스에 다시 용해되어 과포화 고용체를 형성하여 심각한 격자 왜곡, 강도 증가 및 열전도율 감소를 유발하기 때문입니다.
노화 처리 : 노화 처리는 고온 노화와 저온 노화로 나눌 수 있습니다. 고온 시효 동안 원자 확산이 용이하고 합금의 공극 및 전위 결함의 복구 속도가 더 빠릅니다. 열전도율은 단시간에 최고치에 도달합니다. 시간이 지남에 따라 열전도율은 주로 합금 구조의 과잉 Si 및 기타 원소의 고용체와 고온에서 석출된 상의 성장으로 인해 감소하는 경향을 갖게 됩니다. 저온 노화 중에는 낮은 온도에서 원자 확산이 느리고 Si와 같은 원소의 용해가 미미하기 때문에 열전도도가 최고조에 도달하는 시간이 고온 노화보다 현저히 길어지며 열전도도의 향상도 나타나지 않습니다. 고온 노화만큼 중요합니다.
어닐링 처리: 어닐링 온도와 냉각 방법이 다르면 알루미늄 합금의 열전도율에 다른 영향을 미칩니다. 어닐링 온도가 증가함에 따라 열전도율은 감소하며, 냉각 방식에 따라 열전도율 감소 정도가 달라집니다. 이는 어닐링 온도가 계속 상승함에 따라 알루미늄 합금의 2차 상이 알루미늄 매트릭스에 용해되어 합금 원소의 고용도가 증가하여 격자 변형이 심해지고 자유 전자의 이동이 방해되어 결과적으로 발생하기 때문입니다. 열전도율 감소. 로를 이용한 서냉법의 열전도율은 급속냉각법의 열전도율보다 높으며, 냉각속도가 느릴수록 고용원자의 석출에 유리하기 때문이다.
따라서 더 높은 열전도율을 달성하려면 일반적으로 더 낮은 어닐링 온도와 노 냉각을 통한 냉각 방법을 선택해야 합니다.
