التالي
أنبوب الحرارة مقابل غرفة البخار - المزايا والعيوب ومجالات التطبيق
تُعد مشتتات الحرارة من أهم المكونات في تبريد الأجهزة الإلكترونية. بالنسبة لأي مصدر حرارة لا يمكن تبريده بشكل صحيح عن طريق التبريد بالتوصيل الذاتي، ويحتاج إلى تبريد أكثر كفاءة من مشتت الحرارة، يلزم وجود مشتت حراري لإزالة الحرارة من المصدر وتبديدها عن طريق التوصيل أو الحمل الحراري المُحسّن. توضح هذه المقالة أشهر أنواع التبريد السلبي. أنواع المشتتات الحرارية والتكامل والتخصيص وكيفية اختيار التصنيع المناسب ونوع الزعانف المناسب لتطبيقك.
يمكن ختم مشعات مستوى اللوحة أو بثقها. تُصنع مشعات الحرارة المختومة من صفائح معدنية تخضع لعملية ختم تدريجية، حيث تُضاف تفاصيل ووظائف لكل ختم معدني أثناء مروره عبر قالب الختم. صُممت أشكال مشعات الحرارة المختومة لتناسب أنواعًا محددة من العبوات الإلكترونية لضمان ملاءمة ووظيفة مثالية على لوحة الدوائر المطبوعة. يمكن أن تكون هذه المشعات سلبية أو نشطة، وذلك بإضافة مراوح تُستخدم عادةً لزيادة تدفق الهواء في جميع أنحاء اللوحة أو النظام.
يعد الألومنيوم المبثوق أحد أكثر طرق التصنيع شيوعًا وفعالية من حيث التكلفة. أحواض الحرارة المبثوقة تختلف أحجامها باختلاف التطبيق، فهي أصغر لتطبيقات اللوحة وأكبر لتطبيقات الطاقة المتوسطة. يمكن تصميمها للتبريد السلبي أو النشط، وذلك حسب شكل الزعانف وتباعدها. تُستخدم مشتتات الحرارة المبثوقة على مستوى اللوحة بشكل شائع في عبوات مثل BGAs وFPGAs.
يعتمد اختيار مشتت الحرارة المبثوق المناسب بشكل كبير على عامل الشكل المطلوب. تُصنع مشتتات الحرارة المبثوقة بإنشاء قالب ذي شكل يُحدد كثافة الزعانف وزاوية ميلها وطولها، بالإضافة إلى ارتفاع القاعدة وعرضها. يُدفع الألومنيوم المُطرى داخل القالب لتشكيل قضيب طويل، يُسمى قضيبًا خامًا، بنفس شكل وأبعاد القالب. ثم يُقطع القضيب إلى قضبان/مستطيلات أصغر ذات أشكال قياسية أو بأطوال مخصصة. تُشَغَّل هذه القضبان وتُصقل لإنشاء مشتتات حرارة مخصصة. تتميز هذه العملية بالسرعة والفعالية من حيث التكلفة وقابلية التوسع؛ ولذلك يُفضل الكثيرون المشتتات المبثوقة عند البحث عن حل.
الخراطة هي طريقة لمعالجة المواد المصنّعة من قطعة معدنية واحدة، حيث تُقطّع طبقات جزئيًا من أعلى القاعدة إلى شرائح رقيقة. تُطوى هذه الطبقات لتكون عمودية على القاعدة، وتُكرّر العملية دوريًا لتكوين الزعانف. يُقلّل هذا التصميم المكون من قطعة واحدة من المقاومة الحرارية لعدم وجود أي درزات أو مواد بين الزعانف والقاعدة. كما تسمح هذه العملية بكثافة عالية للزعانف وهندسة رقيقة لها، مما يُنتج مساحة سطح أكبر للمشعّات ونقلًا حراريًا أعلى.
على عكس المشعات المبثوقة، مشعات ذات زعانف مخروطية لا تعتمد على الأدوات والخطوات المتعددة؛ بدلاً من ذلك، فهي تستخدم أداة قطع واحدة، مما يقلل من تكاليف الأدوات، ويحسن مرونة التصميم، ويسرع عملية إنشاء النماذج الأولية.
مشتتات الحرارة ذات الزعانف الملتصقة هي مجموعات من قطعتين تتكون من قاعدة مبثوقة أو آلية ذات تجاويف أو فتحات وزعانف متصلة بمادة لاصقة موصلة للحرارة (عادةً ما تكون إيبوكسي أو لحام). لتحسين سلامة الهيكل والأداء الحراري، تُلحم هذه الهياكل أحيانًا لتعزيز الرابطة الحرارية والميكانيكية.
عادةً ما تُختم الزعانف من ملف أو تُقطع من صفائح رقيقة، بينما تُصنع القاعدة عادةً بالبثق أو الصب أو التشكيل. قد تتضمن القاعدة أيضًا تكاملًا حراريًا إضافيًا، مثل أنابيب حرارية مدمجة أو ألواح معادلة حرارة، لتحقيق أداء أعلى. من خلال دعم زعانف أطول وأكثر، مع إمكانية تخصيص إضافية، توفر المشعات الملتصقة أداءً أعلى ومساحة سطح أكبر في مساحة أصغر.
تُصنع زعانف السحّاب من سلسلة من زعانف صفائح معدنية مختومة بشكل فردي، تُطوى وتُربط معًا باستخدام خاصية التشابك. تختلف أطوال الزعانف ومسافاتها باختلاف قالب الختم. يمكن إغلاق الزعانف لتشكيل قناة زعانف أو تركها مفتوحة لتدفق هواء متعدد الاتجاهات حسب متطلبات التطبيق. عادةً ما تُلحم زعانف السحّاب أو تُلحم بالنحاس أو تُلصق بالإيبوكسي بقاعدة المبرد أو أنابيب التدفئة للحصول على تجميع حراري كامل. يُحسّن توصيل الزعانف العلوية والسفلية الثبات الميكانيكي ويجعل المبرد أكثر متانة. توفر زعانف السحّاب مرونة عالية في التصميم، ويمكن استخدامها في حلول متكاملة للغاية باستخدام مجموعة من التقنيات، بدءًا من أنابيب التدفئة الغائرة والقابلة للنقل، وألواح معادلة الحرارة، وصولًا إلى المراوح والأنظمة الكبيرة.
تُصنع الزعانف المطوية بتمرير صفيحة معدنية عبر عملية طيّ لإنشاء أشكال هندسية متنوعة ذات مساحة سطح أكبر. ورغم إمكانية استخدام هذه الزعانف في مجموعة متنوعة من التقنيات، بما في ذلك الألواح المبردة بالسائل، إلا أنها غالبًا ما تُلصق أو تُلحم بقاعدة لتشكيل مشتت حراري.
المشعات المصبوبة بالقالب هي هياكل من قطعة واحدة. تُنتج بكميات كبيرة في المقام الأول للتطبيقات الحساسة للوزن، أو التي تتطلب جودة سطح فائقة، أو ذات هندسة معقدة للغاية. تُصنع هذه الحلول بصب سبيكة موصلة للحرارة في قالب مخصص ذي شكل شبه شبكي، يليه تشغيل آلي خفيف وتشطيب للحصول على المنتج النهائي.
