इलेक्ट्रॉनिक उत्पादों के लिए विभिन्न ताप अपव्यय गुणों वाली एल्युमीनियम संलग्नक सामग्री का चयन कैसे करें

उच्च प्रदर्शन वाले इलेक्ट्रॉनिक्स की दुनिया में, गर्मी परम मूक हत्यारा है। जैसे-जैसे घटक सिकुड़ते हैं और बिजली घनत्व बढ़ता है, किसी उपकरण का "थर्मल बजट" अक्सर इसकी सफलता या विफलता को निर्धारित करता है। इंजीनियरों और उत्पाद डिजाइनरों के लिए, सही चयन करनाएल्यूमीनियम इलेक्ट्रॉनिक बाड़े बक्सेयह अब केवल सौंदर्यशास्त्र या संरचनात्मक अखंडता के बारे में नहीं है, बल्कि यह एक महत्वपूर्ण थर्मल प्रबंधन निर्णय है।

एल्युमीनियम एक कारण से उद्योग का मानक है: यह असाधारण ताकत {{0} से {{1} वजन अनुपात और, सबसे महत्वपूर्ण, उच्च तापीय चालकता प्रदान करता है। हालाँकि, सभी एल्युमीनियम समान नहीं बनाए गए हैं। मिश्र धातु की संरचना से लेकर विनिर्माण प्रक्रिया और सतह की फिनिश तक, प्रत्येक परिवर्तनशील परिवर्तन आपके पीसीबी से परिवेशी वायु तक गर्मी के प्रवाह को बदलता है।

1. एल्युमीनियम क्यों जीतता है इसका भौतिकी

मिश्र धातु चुनने से पहले, यह समझना आवश्यक है कि हम स्टील या प्लास्टिक जैसी अन्य सामग्रियों की तुलना में एल्यूमीनियम का उपयोग क्यों करते हैं। के अनुसारऊष्मा और द्रव्यमान स्थानांतरण के मूल सिद्धांतइन्क्रोपेरा और डेविट द्वारा, हीट सिंक या बाड़े की दक्षता काफी हद तक इसकी तापीय चालकता (κ) पर निर्भर करती है।

• पॉलीकार्बोनेट/एबीएस ≈0.2 W/m·K
• स्टेनलेस स्टील 304≈16 W/m·K
• एल्यूमीनियम मिश्र धातु ≈ 90 – 230 W/m·K

एल्युमीनियम की गर्मी स्थानांतरित करने की क्षमता स्टेनलेस स्टील से लगभग 15 गुना और प्लास्टिक से सैकड़ों गुना अधिक है। जब आप अपने घटकों को रखते हैंएल्यूमीनियम इलेक्ट्रॉनिक बाड़े बक्से, संपूर्ण चेसिस एक "हीट स्प्रेडर" बन जाता है, जिससे संवहन के लिए प्रभावी सतह क्षेत्र बढ़ जाता है।

2. मिश्रधातु का चयन: चालकता बनाम विनिर्माण क्षमता का व्यापार बंद

बाड़े उद्योग में, तीन विशिष्ट मिश्र धातु परिवार परिदृश्य पर हावी हैं। उनके बीच चयन करने के लिए आपके डिज़ाइन की जटिलता के साथ थर्मल प्रदर्शन को संतुलित करने की आवश्यकता होती है।

6063 एल्यूमिनियम: एक्सट्रूज़न किंग

यदि आपके डिज़ाइन को एकीकृत कूलिंग फिन की आवश्यकता है, तो 6063 आपका प्राथमिक उम्मीदवार है। अक्सर इसे "वास्तुशिल्प एल्यूमीनियम" के रूप में जाना जाता है, यह अत्यधिक बाहर निकालने योग्य है।

• ऊष्मीय चालकता≈ 200-210 W/m·K.
• इसके लिए सर्वोत्तम:हीट सिंक, एलईडी हाउसिंग और मॉड्यूलर रैक माउंट एनक्लोजर।
• क्यों:इसकी उच्च सिलिकॉन और मैग्नीशियम सामग्री को उत्कृष्ट थर्मल पथ बनाए रखते हुए डाई के माध्यम से "धकेलने" के लिए अनुकूलित किया गया है।

6061 एल्यूमिनियम: संरचनात्मक पावरहाउस

जब आपके बाड़े को उच्च यांत्रिक तनाव का सामना करने की आवश्यकता होती है या व्यापक सीएनसी मशीनिंग की आवश्यकता होती है, तो 6061 मानक है।

• ऊष्मीय चालकता≈ 150-170 W/m·K.
• इसके लिए सर्वोत्तम:एयरोस्पेस घटक, ऊबड़-खाबड़ औद्योगिक कंप्यूटर, और मिल्ड-से{{1}ठोस (बिलेट) बाड़े।
• क्यों:जबकि इसकी तापीय चालकता 6063 से लगभग 20% कम है, इसकी बेहतर उपज शक्ति इसे सुरक्षात्मक आवासों के लिए अपरिहार्य बनाती है।

ADC12 / A380 (डाई-कास्टिंग मिश्र धातु)

जटिल 3डी ज्यामिति के साथ उच्च {{0}मात्रा में उत्पादन के लिए, डाई{2}कास्टिंग सबसे अधिक लागत{3}प्रभावी तरीका है। हालाँकि, कास्टिंग मिश्र धातुओं का उपयोग करने के लिए "थर्मल टैक्स" है।

ऊष्मीय चालकता≈ 90-100 W/m·K.

इसके लिए सर्वोत्तम:ऑटोमोटिव ईसीयू, दूरसंचार गियर और उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स।

क्यों:पिघली हुई धातु को जटिल सांचों में प्रवाहित करने के लिए आवश्यक उच्च सिलिकॉन सामग्री (12% तक) एल्यूमीनियम के क्रिस्टल जाली को बाधित करती है, जिससे गढ़ा मिश्र धातुओं की तुलना में गर्मी का संचालन करने की इसकी क्षमता काफी कम हो जाती है। [1]

3. थर्मल प्रतिरोध पर विनिर्माण प्रक्रियाओं का प्रभाव

जिस तरह से आप अपना निर्माण करते हैंएल्यूमीनियम इलेक्ट्रॉनिक बाड़े बक्से"थर्मल इंटरफ़ेस प्रतिरोध" बनाता है। थर्मोडायनामिक्स में, किसी सिस्टम का कुल थर्मल प्रतिरोध अलग-अलग हिस्सों का योग होता है:

यदि कोई घेरा कई प्लेटों को एक साथ बोल्ट करके बनाया गया है, तो उन प्लेटों के बीच सूक्ष्म अंतराल इन्सुलेटर के रूप में कार्य करते हैं।

1. सीएनसी मशीनीकृत (मोनोलिथिक):6061 के एकल ब्लॉक से एक बाड़े को तराशने से सबसे कम थर्मल प्रतिरोध मिलता है क्योंकि इसमें कोई जोड़ नहीं होते हैं। बेसबोर्ड से बाहरी दीवारों तक गर्मी निर्बाध रूप से प्रवाहित होती है।

2. एक्सट्रूडेड (प्रोफ़ाइल-आधारित):एक्सट्रूडेड "स्लीव्स" उत्कृष्ट पार्श्व ताप पथ प्रदान करते हैं लेकिन इसके लिए अंत -प्लेटों की आवश्यकता होती है। यदि ऊष्मा उत्पन्न करने वाले घटक को मुख्य प्रोफ़ाइल के बजाय अंतिम प्लेट पर लगाया जाता है, तो दक्षता कम हो जाती है।

3. डाई-कास्ट:जबकि सामग्री की चालकता कम है, "अभिन्न" पिन और जटिल पंखों को सीधे चेसिस पर डालने की क्षमता अक्सर संवहन के लिए सतह क्षेत्र में भारी वृद्धि करके सामग्री के कम κ मान की भरपाई कर सकती है।

4. भूतल उपचार: विकिरण और उत्सर्जन

उद्योग में एक आम ग़लतफ़हमी यह है कि सतही फिनिश पूरी तरह से "दिखने" के लिए है। वास्तव में, समापन बाड़े का निर्धारण करता हैउत्सर्जन, जो विकिरण के माध्यम से ऊर्जा उत्सर्जित करने की क्षमता है।

के अनुसारएल्यूमिनियम एनोडाइज़र परिषद, नंगे एल्यूमीनियम में बेहद कम उत्सर्जन क्षमता (≈ 0.05) होती है, जिसका अर्थ है कि यह गर्मी उत्सर्जित करने में भयानक है।

• एनोडाइजिंग (साफ़ या काला):यह प्रक्रिया एक छिद्रपूर्ण ऑक्साइड परत बनाती है जो उत्सर्जन को ≈ 0.80 - 0.90 तक बढ़ा सकती है। आम मिथकों के बावजूद, इनडोर वातावरण में थर्मल प्रदर्शन पर रंग का नगण्य प्रभाव पड़ता है; तथापि,ब्लैक एनोडाइजिंगसौर अवशोषण और अवरक्त विकिरण को बेहतर ढंग से प्रबंधित करने के लिए बाहरी अनुप्रयोगों के लिए इसे प्राथमिकता दी जाती है। [2]
• पाउडर कोटिंग:सौंदर्य की दृष्टि से बहुमुखी होते हुए भी, पाउडर कोटिंग मूलतः एक प्लास्टिक परत होती है। यह थर्मल इंसुलेटर के रूप में कार्य करता है।
• क्रोमेट रूपांतरण (अलोडाइन/केम-फ़िल्म) :मोटे पाउडर कोट के थर्मल इन्सुलेशन के बिना मध्यम संक्षारण प्रतिरोध की पेशकश करते हुए विद्युत चालकता (ग्राउंडिंग) बनाए रखने के लिए उत्कृष्ट।

5. ज्यामितीय अनुकूलन: पंख और दीवार की मोटाई

हीट सिंक डिजाइन में "फिन दक्षता" एक महत्वपूर्ण गणना है। यदि पंख बहुत लंबे और पतले हों तो सिरे बेकार हो जाते हैं क्योंकि गर्मी उन तक नहीं पहुंच पाती। यदि वे बहुत मोटे हैं, तो वे वायु प्रवाह के लिए उपलब्ध स्थान को कम कर देते हैं।

मेंइलेक्ट्रॉनिक्स के लिए बाड़ों का डिज़ाइन(स्कॉट द्वारा एक उद्योग संदर्भ, 2012), यह ध्यान दिया जाता है कि प्राकृतिक संवहन के लिए, पंखों के बीच की दूरी पंखों की ऊंचाई से अधिक महत्वपूर्ण है। यदि पंख 6-8 मिमी से कम दूरी पर हैं, तो हवा की "सीमा परतें" ओवरलैप हो जाती हैं, जिससे हवा का प्रवाह अवरुद्ध हो जाता है और उपकरण ज़्यादा गरम हो जाता है। [3]

अपना डिज़ाइन बनाते समयएल्यूमीनियम इलेक्ट्रॉनिक बाड़े बक्से, अभिविन्यास पर विचार करें। गर्मी बढ़ती है; इसलिए, प्राकृतिक संवहन वातावरण में ऊर्ध्वाधर पंख हमेशा क्षैतिज पंखों से बेहतर प्रदर्शन करेंगे।

6. सारांश: निर्णय मैट्रिक्स

निष्कर्ष

के लिए सही सामग्री का चयन करनाएल्यूमीनियम इलेक्ट्रॉनिक बाड़े बक्सेएक बहुआयामी इंजीनियरिंग चुनौती है। यह समझकर कि बाड़ा सिर्फ एक "बॉक्स" नहीं है बल्कि आपके थर्मल सर्किट का एक सक्रिय घटक है, आप अपने इलेक्ट्रॉनिक्स के जीवनकाल को महत्वपूर्ण रूप से बढ़ा सकते हैं और महंगी फ़ील्ड विफलताओं को रोक सकते हैं।

संदर्भ

• [1] ऊष्मा अंतरण: एक व्यावहारिक दृष्टिकोण, यूनुस ए. सेंगेल।
• [2] एल्युमीनियम और उसकी मिश्रधातुओं का भूतल उपचार और फिनिशिंग, पीजी शीस्बी और आर. पिनर।
• [3] इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के लिए शीतलन तकनीकें, डेव एस स्टाइनबर्ग।