Isı emici, elektronik cihazları soğutmak için kullanılan en temel bileşenlerden biridir. Bir ısı kaynağı kendi iletimi yoluyla ısıyı etkili bir şekilde dağıtamadığında ve daha verimli bir soğutmaya ihtiyaç duyduğunda, ısı emici ısıyı kaynaktan uzaklaştırmak ve optimize edilmiş iletim ve konveksiyon yoluyla dağıtmak için kullanılır.

Isı dağıtıcılar, güç elektroniği, telekomünikasyon ekipmanları, sunucular, LED aydınlatma, otomotiv elektroniği ve endüstriyel cihazlarda yaygın olarak kullanılmaktadır.

bir ısı emicinin temel yapısı

Tipik bir ısı dağıtıcı esas olarak iki kısımdan oluşur:

• temel

• değin

Taban genellikle ısı kaynağıyla doğrudan temas eden düz bir yüzeydir. İşlevi, ısıyı sıcak noktadan alıp kanatçıklar boyunca eşit şekilde dağıtmaktır.

Kanatçıklar, ısı emici yüzey alanını artırmak için tasarlanmıştır. Çok çeşitli geometrilerde üretilebilirler ve ısı dağılımını en üst düzeye çıkarmak için genellikle tabandan dikey olarak konumlandırılırlar.

Isı dağıtıcıların temel tasarım amacı, yüzey alanını en üst düzeye çıkararak daha fazla ısının çevredeki havaya aktarılmasını sağlamaktır.

ısı emici malzemeler

Çok az istisna dışında, ısı dağıtıcılar genellikle alüminyum veya bakır olmak üzere ısı iletken metallerden yapılır.

alüminyum

Alüminyum, ısı dağıtıcılar için en yaygın kullanılan malzemedir.

• Isı iletkenliği: 235 W/mk

• hafif

• maliyet etkin

• üretimi kolay

Bu özellikler, alüminyumu hafif ve ekonomik ısı dağıtım çözümleri için ideal hale getirir.

bakır

Bakır, ısı dağıtıcılar için kullanılan bir diğer popüler malzemedir.

• Isı iletkenliği: ~400 W/mk

• daha yüksek ısı transfer kapasitesi

Bakır daha ağır ve daha pahalı olmasına rağmen, yüksek performanslı termal uygulamalarda sıklıkla gereklidir.

doğal konveksiyon vs zorlamalı konveksiyon

Isı dağıtıcılar, hava akışı koşullarına bağlı olarak genellikle iki kategoriye ayrılır.

doğal konveksiyon (pasif soğutma)

Pasif ısı dağıtıcılar, ısıyı uzaklaştırmak için tamamen doğal hava akışına güvenirler.

Bunlar şu amaçlarla tasarlanmıştır:

• yüzey alanını en üst düzeye çıkarmak

• havanın doğal olarak dolaşmasına izin verin

• ek aktif bileşenler olmadan çalışır

Pasif ısı dağıtıcılar genellikle düşük güç tüketimli elektronik cihazlarda kullanılır.

Zorlamalı konveksiyon (aktif soğutma)

Aktif ısı dağıtıcılar, hava akışını kanatçıkların arasından geçirmek için fanlar veya üfleyiciler kullanır.

Bu zorlamalı hava akışı türbülans oluşturarak ısı transfer verimliliğini ve soğutma performansını önemli ölçüde artırır.

Aktif soğutma çözümleri yaygın olarak şu alanlarda kullanılmaktadır:

• sunucular

• güç elektroniği

• yüksek performanslı bilgi işlem sistemleri

yaygın ısı emici türleri

Isı dağıtıcıların üretiminde çeşitli üretim teknolojileri kullanılmaktadır ve bunların her biri farklı termal gereksinimlere ve uygulamalara uygundur.

1. Damgalı ısı dağıtıcılar (kart seviyesinde)

Damgalı ısı dağıtıcılar, kademeli damgalama işlemleri kullanılarak sac metalden üretilir. Her damgalama adımı, metal kalıptan geçerken özellikler ve detaylar ekler.

Bu ısı dağıtıcılar, baskılı devre kartlarına (PCB'lere) en uygun şekilde oturmasını sağlamak için genellikle belirli elektronik paket türleri için tasarlanmıştır.

Bunlar pasif modda çalışabilir veya genel hava akışını artırmak için bir fan içerebilirler.

avantajlar

• Düşük güç gerektiren uygulamalar için idealdir (0–5 W).

• hızlı ve basit montaj

• düşük üretim maliyeti

• yüksek hacimli üretim için ölçeklenebilir

• birçok paket türü için mevcuttur

dezavantajlar

• 5W üzeri uygulamalar için uygun değildir.

• Boyut sınırlı (genellikle 50 mm'nin altında)

• yalnızca tek bir cihazı soğutmak için tasarlanmıştır

2. Ekstrüde alüminyum ısı emiciler

Ekstrüzyon, en popüler ve uygun maliyetli ısı emici üretim yöntemlerinden biridir.

Ekstrüzyon yöntemiyle üretilen ısı dağıtıcıların boyutları, kullanım amacına göre değişiklik gösterir. Daha küçük versiyonları devre kartı seviyesinde soğutma için kullanılırken, daha büyük olanlar orta güçte termal yönetim için tasarlanmıştır.

Kanat geometrisi ve aralığına bağlı olarak hem pasif hem de aktif soğutma için optimize edilebilirler.

Devre kartı seviyesinde ekstrüzyon yöntemiyle üretilen ısı dağıtıcılar genellikle aşağıdaki gibi bileşenler için kullanılır:

• bga

• FPGA

Ekstrüzyon işlemi, kanat yapısını, aralığını ve taban boyutlarını belirleyen bir profil kalıbıyla başlar. Daha sonra ısıtılmış alüminyum, uzun bir profil oluşturmak için kalıptan itilir; bu profil daha sonra istenen uzunlukta kesilir ve daha ileri işlemlerden geçirilir.

avantajlar

• orta güç uygulamaları için idealdir

• maliyet etkin üretim

• Seri üretim için yüksek ölçeklenebilirlik

• kolay özelleştirme

• Düşük ısı direncine sahip tek parça yapı

dezavantajlar

• Çok yüksek güç gerektiren uygulamalar için uygun değildir.

• Boyut sınırlamaları (yaklaşık 23 inç genişlik ve 47 inç uzunluk)

• Büyük profillerde son işlem sınırlamaları olabilir.

3. sıyrılmış kanatlı ısı emiciler

Yüzey sıyırma, katı bir metal bloktan doğrudan kanatçıklar oluşturan bir işleme yöntemidir. Tabanından ince katmanlar kesilir ve kanatçıklar oluşturmak için yukarı doğru katlanır.

Kanatlar ve taban aynı malzemeden yapıldığı için, eklem veya arayüz bulunmaz, bu da ısı direncini azaltır.

Bu işlem aynı zamanda çok ince kanatçıklar ve yüksek kanatçık yoğunluğuna olanak tanıyarak toplam yüzey alanını önemli ölçüde artırır.

Ekstrüzyonun aksine, sıyırma işlemi özel bir alet gerektirmez, bu da alet maliyetlerini düşürür ve daha hızlı prototipleme olanağı sağlar.

avantajlar

• yüksek soğutma verimliliği

• ince yüzgeçler ve yüksek yüzgeç yoğunluğu

• daha düşük takım maliyetleri

• bakır ısı emiciler için ekonomik

dezavantajlar

• Aşırı yüksek güç gerektiren uygulamalar için ideal değildir.

• boyut sınırlamaları

• İnce yüzgeçler daha kırılgan olabilir.

• çok büyük üretim hacimleri için daha az uygundur

4. Yapıştırılmış kanatlı ve lehimlenmiş kanatlı ısı emiciler

Yapıştırılmış kanatlı ısı emiciler iki ana bileşenden oluşur:

• bir taban (ekstrüde veya işlenmiş)

• Isı iletken yapıştırıcı, epoksi veya lehimleme kullanılarak birbirine tutturulmuş ayrı ayrı kanatlar.

Kanatlar genellikle ince sac metalden preslenerek yapılırken, taban ekstrüzyon, kalıp döküm veya işleme yöntemiyle üretilebilir.

Performansı artırmak için tabana ısı boruları veya buhar odaları gibi ek termal teknolojiler de entegre edilebilir.

Yapıştırılmış kanatlı ısı dağıtıcılar, daha fazla tasarım esnekliği sağlar ve daha küçük bir alanda daha yüksek kanat yoğunluğuna olanak tanır.

avantajlar

• Alan kısıtlamalı uygulamalar için kompakt tasarım.

• yüksek termal performans

• Zorlamalı konveksiyon için uygun

• dar kanat aralığı

• yüksek kanat en boy oranları

• esnek tasarım entegrasyonu

• daha düşük takım maliyetleri

dezavantajlar

• Yüksek titreşimli ortamlar için ideal değildir.

• Gerekli termal direncin 0,01°C/W'nin altında olması durumunda uygun değildir.

5. fermuarlı kanatlı ısı emiciler

Fermuarlı kanatlar, ayrı ayrı preslenmiş bir dizi sac metal kanadın katlanıp birbirine kenetlenmesiyle yapılır.

Bu kanatlar şu şekillerde düzenlenebilir:

• Yönlendirilmiş hava akışı için kapalı kanallar

• çok yönlü hava akışı için açık konfigürasyonlar

Kanatçık grubu genellikle lehimleme, kaynak veya epoksi yapıştırma yoluyla ısı emici tabanına veya ısı borularına bağlanır.

Bu tasarım, entegre termal çözümler için mükemmel mekanik stabilite ve yüksek esneklik sunmaktadır.

avantajlar

• yüksek termal performans

• Zorlamalı hava akışı uygulamaları için idealdir.

• esnek tasarım entegrasyonu

• daha düşük takım maliyeti

• hafif

• ısı borusunun verimliliğini artırabilir.

• geliştirilmiş mekanik stabilite

dezavantajlar

• Son derece düşük termal direnç gereksinimleri için bazı sınırlamalar

6. Katlanmış kanatlı ısı emiciler

Katlanmış kanatlar, yüzey alanını artırmak için ince metal levhaların karmaşık şekillere bükülmesiyle oluşturulur.

Bu kanatlar genellikle nihai ısı emici düzeneğini oluşturmak üzere bir tabana yapıştırılır veya lehimlenir. Katlanmış kanat teknolojisi, sıvı soğutma plakası çözümlerinde de kullanılabilir.

avantajlar

• artırılmış yüzey alanı

• yüksek kanat verimliliği

• birden fazla malzemeyle uyumlu

• hafif yapı

dezavantajlar

• Hava akışı doğrudan kanatçıkların içinden geçirildiğinde en iyi performansı gösterir.

• bazı durumlarda daha yüksek üretim maliyetleri

7. döküm ısı dağıtıcıları

Döküm yöntemiyle üretilen ısı dağıtıcılar, erimiş metalin özel kalıplara enjekte edilmesiyle tek parça yapılar halinde üretilir.

Bu üretim yöntemi, yüksek hacimli üretim için idealdir ve diğer süreçlerle elde edilmesi zor olan karmaşık geometrilerin oluşturulmasına olanak tanır.

Döküm işleminden sonra, nihai ürüne ulaşmak için minimum düzeyde işleme ve son işlem gereklidir.

avantajlar

• yüksek hacimli üretim için ideal

• karmaşık şekiller için uygundur

• düşük veya sıfıra yakın termal direnç

dezavantajlar

• yüksek başlangıç kalıp ve takım maliyetleri