Designfaktoren, die Sie über das Kühlkörperdesign kennen müssen

Kühlkörpers sind zweifellos wesentliche Bestandteile der meisten elektronischen Baugruppen, optoelektronischen Komponenten und leistungselektronischen Geräte.Dieser passive Wärmetauscher verdampft die von elektronischen Geräten erzeugte Wärme und stellt so sicher, dass das Fahrzeug innerhalb der vom Hersteller vorgegebenen Grenzwerte fährt.Zu den Schlüsselelementen, die beim Entwurf eines Kühlkörpers berücksichtigt werden müssen, gehören…

lthermischer Widerstand,

lFlossengröße und -form,

lMaterial,

lFlossenkonfiguration,

lFlosseneffizienz,

lMethode zur Befestigung des Kühlkörpers,

lthermisches Schnittstellenmaterial.

Parameter und Geometrien, die eine maximale Wärmeableitung gewährleisten, können durch die Analyse verschiedener Kühlkörpermodelle ermittelt werden.

Und die steigende Nachfrage nach Hochleistungselektronik führt zur Entwicklung fortschrittlicher Elektronik sowie schneller Mikroprozessoren und hoher Transistordichten.Diese gezielte technologische Modifikation aller Komponenten dieser Elektronik führte somit zu einer stark erhöhten Wärmebelastung im Betrieb.Daher verfügt ein vielseitiges Wärmemanagementsystem über Funktionen, bei denen das richtige Kühlkörperdesign ideal sein sollte, um eine optimale Leistung der Elektronik sicherzustellen.

Darüber hinaus gilt der Kühlkörper als ideal, um in der gesamten Elektronik Kühleffekte zu erzielen, um Systemausfälle der gesamten Elektronik zu begrenzen und eine effiziente Wärmeableitung zu gewährleisten.In diesem Artikel versuchen wir daher, die folgenden Fragen zu beantworten: Wie funktioniert ein Kühlkörper?Wir werden auch die Bedeutung eines Kühlkörpers, die Grundlagen eines Kühlkörperdesigns und die Optimierung des Kühlkörperdesigns für eine optimale Elektronikleistung untersuchen.Lasst uns gleich eintauchen.

Grundlagen des Kühlkörperdesigns

Ein Kühlkörper umfasst alle mechanischen Komponenten, die in elektronischen Geräten verwendet werden, um eine Überhitzung elektrischer Komponenten durch zusätzliche Kühlung zu verhindern.Es verteilt auch die Wärme der elektrischen Komponenten, meist eines Leistungstransistors, die in der Umgebung vorhanden sind.Diese Umgebung besteht dann normalerweise aus dem Fluidmedium mit niedrigerer Temperatur, beispielsweise Luft und einem flüssigen Kühlmittel.

Welche Faktoren müssen beim Kühlkörperdesign berücksichtigt werden?

Die effiziente Ableitung der Wärmeenergie durch einen Kühlkörper hängt hauptsächlich von seiner tatsächlichen Konstruktion ab.Da es sich um einen passiven Wärmetauscher handelt, sollte die Konstruktion des Kühlkörpers eine einfache Wärmeübertragung an die Umgebung gewährleisten.Und der Prozess der Wärmeübertragung erfolgt normalerweise durch Leitung, Strahlung oder Konvektion.Manchmal wird es als eine Kombination der oben genannten drei Wärmeübertragungsmethoden erklärt.Für eine effektive Kühlkörperkonstruktion müssen eine Reihe von Faktoren berücksichtigt werden.Im Folgenden erläutern wir die wichtigen Faktoren, die Sie berücksichtigen müssen, bevor Sie den Prozess zur Herstellung eines Kühlkörpers erlernen.

Wärmewiderstand

Der thermische Widerstand beschreibt den Widerstand des Wärmeflusses zwischen der Umgebung und dem Halbleiter.Die Umgebung kann Kühlflüssigkeit oder Umgebungsluft sein.

Die Bestimmung des Wärmewiderstands eines bestimmten Geräts ist bei der Auswahl des Kühlkörpers wichtig.Dies liegt daran, dass ein zur Wärmeableitung ausgelegter Pfad einen idealen Wärmewiderstand aufweisen sollte.Dadurch wird bestimmt, wie schnell der Prozess der Wärmeübertragung erfolgt.Der thermische Widerstand stellt sicher, dass die Wirksamkeit eines Kühlkörpers erklärt, ob eine Temperatursenkung vorliegt oder nicht.Es gibt auch einige Faktoren zu berücksichtigen…

lMaterialien

lFlossengröße und -form

lFlossenkonfiguration

lBefestigungsmethode

lWärmeschnittstellenmaterialien

Was ist Kühlkörperdesign?

Kühlkörper sind in der Regel Prozessoren oder Transistoren.Die Hersteller montieren sie sorgfältig zusammen mit einem eingebauten Lüfter, um die Energie von der gesamten Elektronik abzuleiten.Allerdings verfügen nicht alle oben genannten Kühlkörper über eine Verbindung zum Lüfter.Kühlkörper mit Lüfterbefestigung werden als „aktive Kühlkörper“ bezeichnet, Kühlkörper ohne Kühlkörper werden als „passive Kühlkörper“ bezeichnet.

Bedeutung der Verwendung von Kühlkörpern

A Kühlkörper ist in allen elektronischen Produkten sehr wichtig, da es die Überhitzung elektrischer Komponenten verhindern kann.Daher kann das Gerät bei allen angegebenen Temperaturen arbeiten.Im Folgenden sind einige weitere Gründe aufgeführt, die Kühlkörper wichtig machen.

Wartung der thermischen Energie

Ein Kühlkörper versorgt alle elektronischen Geräte, die Wärmeenergie steuern, indem sie Wärme von allen elektronischen Schaltkreiskomponenten an die Umgebung überträgt.

Verbessert die elektronische Zuverlässigkeit

Ein Kühlkörper verbessert auch die Zuverlässigkeit elektronischer Geräte, da er verhindert, dass Komponenten aufgrund seiner Funktion ausfallen.

Es sorgt auch für Wärme

Kühlkörper liefern auch dann Wärme, wenn es im Stromkreis zu einem Temperaturabfall kommt.

Aufgrund dieser Bedeutung sind Kühlkörper mittlerweile zu wesentlichen Bestandteilen aller elektronischen Geräte geworden.Sie sind beispielsweise Teil der CPU (der Zentraleinheit von Computern).

Kühlkörpermaterial

Die meisten Kühlkörper bestehen aus Aluminium und Kupferlegierungen, da diese eine hohe Leitfähigkeit haben.Aluminium gilt als kostengünstiger und eignet sich aufgrund seiner Duktilität, die die Konstruktion vereinfacht, sowie für die Konstruktion von Kühlkörpern.Es gibt verschiedene andere Materialien.Beispielsweise ist Kupfer aufgrund seiner sehr hohen Wärmeleitfähigkeit und Korrosionsbeständigkeit häufig Teil eines Kühlkörperdesigns.Allerdings gilt Aluminium auch als das effizienteste dominierende Material.Diese Kombination hat sich als immer effektiver erwiesen und kann für alle Ihre Module zur Kühlkörperkonstruktion eingesetzt werden.

Schnittstellenmaterialien

Unter thermischen Schnittstellenmaterialien versteht man das Material, das den gesamten Raum zwischen dem Kühlkörper ausmacht.Normalerweise ist es Luft.Einige Hersteller verwenden jedoch auch andere variable Materialien wie Glimmer.Wärmeschnittstellenmaterialien verringern außerdem den Wärmewiderstand in einem elektronischen Gerät und ermöglichen dessen schnelle Übertragung der gesamten Wärmeenergie.

Die durch das Gerät erzeugte Wärme ist die Summe der Wärmeerzeugung der zugehörigen Komponenten.Seitdem weist das Bauteil einen sehr unterschiedlichen thermischen Widerstand auf, da es nicht einfach ist, eine effektive Wärmeableitung zu gewährleisten.Um die Wirksamkeit des Wärmeflusses aller elektronischen Geräte zu gewährleisten, sollten Sie den Wärmewiderstand minimieren.Dies ist durch den Einbau eines Wärme- und Schnittstellenmaterials möglich.

Form und Anordnung der Flossen

Die effiziente Ableitung der gesamten Wärme vom jeweiligen Gerät an ein als Kühlmittel erforderliches Medium hängt von der jeweiligen Lamellenanordnung ab. Kühlkörper Designs verfügen normalerweise über Rippen, die während der Konstruktion des Kühlkörpers gelötet werden.Diese Lamellenausrichtung bietet außerdem eine große Oberfläche, die es der Luft ermöglicht, entlang des Kühlkörpers zu strömen.Daher sind diese im Kühlprozess sehr kritisch und unerlässlich.

Daher sind Kühlrippen effizient und hängen von der erforderlichen Form der Kühlrippen ab. Darüber hinaus sollten Sie berücksichtigen, dass die Wärmekonvektion vom elektronischen Gerät wirksam ist und die Kühlung des jeweiligen Geräts und des Kühlkörpers gewährleistet ist.

Methoden zur Befestigung des Kühlkörpers

Die Wirksamkeit aller Kühlkörper würde durch die Wahl geeigneter Befestigungsmethoden verbessert.Bei diesem Auswahlprozess sollten die mechanischen und thermischen Anforderungen des Geräts berücksichtigt werden, bevor Sie sich für die geeignete Befestigungsmethode entscheiden.

Daher gibt es eine Reihe von Methoden, einen Kühlkörper an einem elektronischen Gerät anzubringen.Gängige Methoden sind:

lThermobänder.

lDrahtklammern

lKunststoffklammern.

lStecknadeln.

lFederbelastete Schrauben.

Rechner für den thermischen Widerstand des Kühlkörperdesigns

Für die Gestaltung des Kühlkörpers sind Kenntnisse einiger Berechnungen im Zusammenhang mit dem Wärmewiderstand erforderlich.Die unten genannte Gleichung wird zur Berechnung des thermischen Wärmewiderstands (Rhs) verwendet.

Rhs = (Tj-Tmb/P) – (Rth-jc) – Rinterface

Tj: Maximale Sperrschichttemperatur des Geräts in 0 °C.

Rth-jc: Übergang zum Wärmewiderstand

Tamb: bei 0 °C Umgebungslufttemperatur bei.

P: Von der Wärmequelle abgegebene Wärme

Rinterface: Materialwiderstand der thermischen Schnittstelle

Rinterface = (Tönung/Ls x Bs x kinterface)

tinterface: Materialstärke der thermischen Schnittstelle

kinterface: Wärmeleitfähigkeit des Schnittstellenmaterials

Ls: Länge der Wärmequelle

Ws: Breite der Wärmequelle

Kenntnis der Berechnung, die mit dem grundlegenden Verständnis des oben Gesagten einhergeht.Daher wäre es einfach, ähnliche Parameter in das gesamte Kühlkörperdesign anzupassen und zu integrieren, um einen thermischen Wärmewiderstand zu erreichen, der größer ist als der der höchsten Betriebstemperatur des Halbleiters.Aus der obigen Gleichung können Sie außerdem die optimale Größe des Kühlkörpers berechnen, sodass Sie die niedrigste Wärmequellentemperatur haben.

Anwendungen

Kühlkörper haben ein breites Anwendungsspektrum, insbesondere in elektronischen Geräten.Der Grund dafür ist, dass all diese Geräte während des Betriebs große Mengen Wärme erzeugen und ihre Temperatur nicht ausgleichen können.Diese erzeugte Wärme kann sich auf die Leistung aller Halbleiter in allen elektronischen Geräten auswirken.Daher führt der Ausfall aller Komponenten letztendlich zur Beschädigung des angeschlossenen Geräts.

Die Analyse der gesamten thermischen Leistung jedes einzelnen elektronischen Geräts ist zweifellos eine Herausforderung.Das Kühlkörperdesign sollte eine zusätzliche Kühlung all dieser Geräte bieten, indem es die Wärme aus der Umgebung aller elektrischen Komponenten abführt, beispielsweise Dioden, Transistoren, integrierte Schaltkreise und Spannungsregler.

Abschluss

Kühlkörper werden als sehr wichtig erachtet, da das Design von Kühlkörpern sorgfältig strukturiert ist, um die Wirksamkeit der Leistung zu gewährleisten.Daher sollten viele Dinge beachtet werden.In diesem Artikel ging es um alle Faktoren, die beim Kühlkörperdesign hilfreich sind.Außerdem wurden Antworten auf Fragen zur Funktionsweise eines Kühlkörpers und Tipps zur Aufnahme in Ihren Designleitfaden gegeben.