Выбор правильного решения для производства индивидуальных тепловых радиаторов

С постоянным обновлением электронных устройств проблема теплоотведения становится все более актуальной. Я объясню развитие технологий теплоотведения и преимущества индивидуального теплоотведения, используя лаконичный и понятный язык, чтобы содержание было ясным и легким для восприятия.

С быстрым развитием электронной технологии рассеивание тепла стало "камнем преткновения" для повышения производительности электронных устройств. Теперь давайте взглянем на фактические данные и рассуждения, стоящие за этим.

Современные электронные устройства все чаще стремятся к уменьшению размеров, повышению производительности и способности нормально работать в различных суровых условиях. Это предъявляет более высокие требования к теплоотведению. Согласно отчету 2023 года, опубликованному Институтом инженеров электротехники и электроники (IEEE), мощность тепловыделения на квадратный сантиметр электронных компонентов, использующих обычную технологию поверхностного монтажа, в прошлом составляла 50 ватт, но теперь она превысила 200 ватт. Например, местная мощность тепловыделения вычислительных устройств искусственного интеллекта, охлаждаемых жидкостями, даже превышает 500 ватт на квадратный сантиметр.

Столкнувшись с такими изменениями, универсальные методы рассеивания тепла, использовавшиеся в прошлом, становятся все менее эффективными. Профессиональные симуляционные тесты показали, что настройка решений по рассеиванию тепла на основе фактических потребностей может увеличить эффективность теплообмена на 35,2% и снизить неожиданные простои оборудования на 60,7% в течение года. Это преимущество особенно заметно в областях с крайне высокими требованиями к стабильности оборудования, таких как аэрокосмическая отрасль и центры обработки данных.

Почему не выбрать стандартные радиаторы?

В настоящее время использование стандартных радиаторов в многих сценариях действительно проблематично, в первую очередь из-за следующих трех аспектов:

Несоответствующие размеры: Корпуса устройств умного дома становятся все меньше, в то время как медицинское оборудование бывает самых разных форм. Однако размеры ребер стандартных радиаторов фиксированы. Это либо делает их невозможными для установки, либо оставляет некоторые области неспособными эффективно рассеивать тепло даже после установки.

Скомпрометированная производительность: Разные устройства имеют совершенно разные требования — электронные компоненты в автомобилях должны быстро рассеивать тепло, при этом выдерживая вибрации; уличное оборудование требует сильных способностей к рассеиванию тепла и устойчивости к коррозии от дождя. Но большинство стандартизированных продуктов изготовлены из обычного алюминия, который просто не может удовлетворить так много требований одновременно.

Задержано из-за специальных требований: медицинское оборудование должно использовать материалы, безопасные для человеческого организма; фотоэлектрические инверторы должны выдерживать воздействие ветра и солнца; прибрежные базовые станции требуют устойчивости к солевому туману. Стандартизированные продукты имеют универсальный дизайн и поэтому не могут пройти эти специальные сертификации.

Преимущество индивидуальных радиаторов заключается в их способности настраивать эффективность теплоотведения так, чтобы она была идеальной, как одежда на заказ, в зависимости от параметров оборудования, условий эксплуатации и бюджета. Именно поэтому такие высокотехнологичные отрасли, как 5G, новые источники энергии и медицинское обслуживание, начали внедрять индивидуальные радиаторы в настоящее время.

Выбор материалов и конструкций для индивидуальных радиаторов

Выбор материала: Искусство балансировки теплопроводности, прочности и стоимости

Качество материалов напрямую влияет на эффективность рассеивания тепла. Однако знания по выбору материалов различаются в зависимости от конкретных сценариев:

Для устройств с низким энергопотреблением, таких как светодиоды с низким потреблением, чистый алюминий (1070) является достаточным. Он обладает хорошей теплопроводностью с коэффициентом теплопроводности до 237 Вт/(м·К) и также является недорогим — его стоимость составляет всего треть от стоимости меди, что делает его экономически эффективным решением для базовых потребностей в рассеивании тепла.

Нажмите здесь, чтобы просмотреть наши кейсы продуктов👆

Для потребительских электронных продуктов, таких как смарт-колонки для повседневного использования и обычные материнские платы, алюминиевый сплав (6063-T5) является идеальным выбором. С коэффициентом теплопроводности, варьирующимся от 160 до 180 Вт/(м·К), он обладает определенным уровнем прочности, легко поддается обработке и обеспечивает отличное соотношение цены и качества.

Для высококачественных устройств, таких как серверные графические процессоры и зарядные станции мощностью 180 кВт, алюмо-медный композитный материал является более надежным решением. Объединяя преимущества меди (высокая теплопроводность с коэффициентом 401 Вт/(м·К)) и алюминиевых ребер (легкий вес) с помощью сварочной технологии, композитный материал может достичь коэффициента теплопроводности от 280 до 320 Вт/(м·К).

Для жестких условий, таких как моторные отсеки автомобилей и промышленные станки, необходим сплав высокой прочности (7075). Хотя его коэффициент теплопроводности составляет всего 130 Вт/(м·К), его ударная стойкость в три раза выше, чем у чистого алюминия, что позволяет ему выдерживать вибрации, высокие температуры и загрязнение маслом.

Структурное проектирование: Оптимизация вокруг ядра "Эффективной области рассеивания тепла"

Структурный дизайн радиатора имеет решающее значение для его производительности, и необходимо вносить изменения в зависимости от воздуховода устройства и местонахождения источников тепла.

Для устройств с ограниченным пространством, таких как терминалы IoT, можно использовать ультратонкие ребра толщиной 0,2-0,3 мм с зазором 2-5 мм между ребрами. Эта конструкция может увеличить площадь рассеивания тепла на 40% по сравнению с обычными радиаторами.

Для устройств с высокой тепловой мощностью, таких как AAU базовых станций 5G, можно использовать конструкции, вдохновленные природой (например, структуру сот), что может повысить эффективность рассеивания тепла более чем на 20%.

Для устройств с высокими требованиями к точности установки, таких как радиопередающие и телевизионные устройства, интеграция радиатора с монтажным кронштейном в единый блок может предотвратить снижение эффективности теплоотведения, вызванное ошибками установки.

Процессы изготовления тепловых радиаторов на заказ для различных требований

1. CNC точная обработка
Если ваше оборудование имеет ограниченное пространство и требует исключительно высокой точности (таких как медицинские устройства для визуализации и высокопроизводительные серверы), обработка с ЧПУ является идеальным выбором. Она может производить радиаторы с различными сложными формами, включая ступенчатые радиаторы и волнообразные направляющие канавки. Готовая поверхность чрезвычайно гладкая, с отклонением, контролируемым в пределах 1/500 диаметра человеческого волоса. Хотя стоимость обработки относительно высокая, она особенно подходит для мелкосерийной высококачественной кастомизации, со средним сроком доставки от 7 до 10 дней.

2. Процесс сварки композитов
Для объемов производства радиаторов тепла, варьирующихся от 2000 до 10000 штук (таких как фотовольтаические инверторы и оборудование для питания), процесс композитной сварки хорошо подходит. Этот процесс сначала обрабатывает базовую пластину и ребра радиатора отдельно, а затем соединяет их, что позволяет целенаправленно усиливать зоны с сильным тепловыделением. Кроме того, этот процесс позволяет сочетать медь и алюминий, в результате чего радиатор тепла оказывается на 50% легче, чем полностью медный радиатор, и на 30% дешевле, чем радиатор, произведенный с помощью ЧПУ-обработки.

3. Экструзия + Вторичная переработка
Для объемов заказов от 10 000 до 100 000 штук (например, светодиодные наружные дисплеи и промышленные компьютеры) рекомендуется комбинация «экструзия + вторичная обработка». Сначала алюминиевый сплав 6063 экструзируется в базовую форму, затем используется ЧПУ обработка для тонкой шлифовки монтажной поверхности и вырезания канавок для теплоотведения. Разработка формы занимает всего 15-20 дней, а полученные радиаторы тоньше и длиннее — с площадью теплоотведения на 22% больше, чем у радиаторов, изготовленных обычными экструзионными процессами. Себестоимость единицы составляет всего 2-3 доллара.

4. Литье под давлением
Для продуктов со сложными структурами, имеющими различные вогнутые-выпуклые интерфейсы и полости (таких как компоненты умного дома и автомобильные датчики), литье под давлением может производить весь радиатор за один шаг без необходимости последующей сборки. После уменьшения количества пузырьков воздуха с использованием технологии вакуумного литья, теплопроводность алюминиевого сплава ADC12 дополнительно улучшается. Когда количество заказа превышает 5000 штук, преимущества в производственной эффективности и стоимости становятся еще более заметными.

Варианты обработки поверхности для индивидуальных радиаторов охлаждения

Обработка поверхности не только повышает долговечность радиаторов, но и улучшает их тепловыделительные характеристики. Разные сценарии применения имеют свои специфические требования к обработке поверхности:

Для потребительских электронных товаров, таких как мобильные телефоны и компьютеры, как эстетика, так и функциональность имеют ключевое значение. Процесс шлифовки используется для создания металлических текстур, после чего следует жесткая анодировка. Это не только придает радиатору тепла премиальный вид, но и позволяет полосам на поверхности улучшить циркуляцию воздуха, увеличивая эффективность рассеивания тепла на 5% до 8%.

Для наружного оборудования — такого как солнечные электростанции и базовые станции связи в прибрежных районах — устойчивость к коррозии является главным приоритетом. Сначала применяется процесс пескоструйной обработки для создания шероховатой поверхности, затем выполняется анодирование с образованием толстослойной оксидной пленки толщиной не менее 15 микрометров. Эта обработка позволяет радиатору выдерживать испытание на коррозию в солевом тумане продолжительностью 5000 часов, что обеспечивает долгосрочную стабильную работу оборудования.

Для оборудования с особыми потребностями — например, серверов, требующих заземления — процесс никелирования подходит. Наносится никелевый слой толщиной от 0,05 до 0,1 миллиметра, который не только обеспечивает электрическую проводимость и износостойкость, но и отражает тепло, что дополнительно улучшает характеристики теплоотведения.

Как выбрать подходящего поставщика для индивидуальных радиаторов охлаждения

При выборе поставщика услуг по изготовлению индивидуальных радиаторов учитывайте следующие три ключевых фактора:

Совместимость: Работал ли поставщик над проектами в вашей отрасли? Могут ли они предоставить данные из реальных случаев, такие как производительность теплоотведения и длительность стабильности оборудования? Компании с многолетним опытом в отрасли сразу поймут, что медицинские устройства требуют биосовместимости, а промышленное оборудование должно выдерживать вибрации, что делает общение беспрепятственным.

Техническая надежность: Предлагают ли они тепловое моделирование и экологические испытания? Является ли контроль качества их производства строгим? Имеют ли они общие сертификаты качества, такие как ISO9001, или отраслевые, такие как ISO13485 для медицинских приложений? Эти факторы напрямую влияют на удобство использования и долговечность конечного продукта.

Цена на переговоры: Может ли поставщик гибко комбинировать процессы, например, используя экструзию в качестве основы и CNC-обработку для критически важных деталей? Могут ли они использовать более экономичные материалы, например, заменив чистый алюминий на алюминиевый сплав 6063-T5? Являются ли формы многоразовыми? Опытные и надежные поставщики могут помочь снизить затраты на 20%–40% даже для заказов средней объемности.

В конечном итоге, индивидуальные радиаторы тепла разрабатываются для решения практических задач, снижения затрат и повышения эффективности. Сотрудничество с профессиональным поставщиком упрощает весь процесс, именно поэтому мы всегда подчеркиваем: «Настраивайте решения на основе реальных потребностей, а результаты пусть говорят сами за себя».