冷卻能力提高30%的芯片冷卻器

SEPA EUROPE 和 APWORKS 正在合作開展一個(gè)聯(lián)合項(xiàng)目。目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)更高的單位體積冷卻能力。SEPA EUROPE 的 HXB 系列芯片冷卻器 - 緊湊型風(fēng)扇/散熱器- 包括一個(gè)針翅式散熱器 （Kühligel） 和一個(gè)合適的安裝風(fēng)扇。這種價(jià)格極具吸引力的組合非常理想，可為許多應(yīng)用提供足夠的冷卻能力。然而，SEPA EUROPE 的開發(fā)工程師并不滿足，而是繼續(xù)推進(jìn)他們的想法，最終標(biāo)志著 3DQler 的誕生。

是時(shí)候改進(jìn)解決方案了

中小數(shù)量的特殊應(yīng)用，在每個(gè)安裝空間累積的冷卻能力方面真正達(dá)到了極限。冷卻的標(biāo)準(zhǔn)解決方案不再足夠。需要改進(jìn) HXB 的解決方案。然而，風(fēng)扇作為一個(gè)有源組件是不受歡迎的。但為什么會這樣呢？

值得考慮

根據(jù)環(huán)境溫度 40°C 計(jì)算，當(dāng)今現(xiàn)代風(fēng)機(jī)的統(tǒng)計(jì)使用壽命至少為 40000 小時(shí)（hypro 軸承，L10）甚至 70000 小時(shí)（球軸承，L10）。假設(shè)電子設(shè)備的典型使用壽命約為 8 年，那么風(fēng)扇在連續(xù)運(yùn)行且環(huán)境溫度持續(xù)較高的情況下的預(yù)期使用壽命實(shí)際上是其四倍。在現(xiàn)代冷卻概念中幾乎沒有理由不使用風(fēng)扇，特別是因?yàn)樯婕爸鲃?dòng)冷卻的安裝空間的結(jié)構(gòu)自由度是巨大的，因此可以降低成本。因此，值得重新考慮這種方法。

優(yōu)化的散熱片

研究開始于散熱器及其材料，并以新想法進(jìn)行了首次測試。然而，對改進(jìn)的 HXB 冷卻器的第一次測量顯示，冷卻能力沒有顯著變化。參觀展覽提供了決定性的動(dòng)力。它標(biāo)志著 SEPA EUROPE 與 APWORKS 合作的開始。APWORKS 的金屬 3D 打?。ㄔ霾闹圃欤?，首次允許考慮生產(chǎn)更復(fù)雜的散熱器，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)改進(jìn)的 HXB。

全新的可能性

APWORKS 在隨后的模擬中設(shè)計(jì)了四個(gè)不同的概念，這些概念都基于 3D 打印的散熱器。這個(gè)過程實(shí)現(xiàn)了全新的設(shè)計(jì)可能性。通過成型制造散熱器的自由度與以往一樣好且價(jià)格合理，但它限制了增加用于冷卻目的的表面并因此對其進(jìn)行優(yōu)化的范圍。從四種不同的模擬結(jié)果中，選擇并生成了兩種具有復(fù)雜 3D 結(jié)構(gòu)的解決方案，用于實(shí)驗(yàn)室的后續(xù)測量。APWORKS 隨后優(yōu)化了生產(chǎn)平臺上散熱器的布置，以便在批量生產(chǎn)中使用 3D 打印時(shí)將價(jià)格保持在可接受的水平。

標(biāo)準(zhǔn)化測量設(shè)置

SEPA EUROPE GmbH 實(shí)驗(yàn)室中的測試設(shè)置基于我們自己的標(biāo)準(zhǔn)化測量設(shè)置，以便獲得與之前標(biāo)準(zhǔn)針翅式散熱器設(shè)置相比的值。電熱源模擬功率耗散。熱元件插入銅散熱器側(cè)面的一個(gè)小孔中，用于測量系統(tǒng)溫度。

圖 1：測量設(shè)置

散熱器（圖 2）和風(fēng)扇作為一個(gè)系統(tǒng)一起保證了 1.5 K/W 的典型熱阻。

圖 2：標(biāo)準(zhǔn)散熱器（HXB 冷卻器）

3D 打印散熱器（圖 3）和風(fēng)扇作為一個(gè)系統(tǒng)一起保證了 1.07 K/W 的典型熱阻。

圖 3：3D 打印的新型散熱器

驚人的結(jié)果

測量結(jié)果表明，在相同外形尺寸和相同風(fēng)扇的情況下，針對 3D 打印工藝優(yōu)化的芯片冷卻器比之前在冷成型工藝中制造的模型效率高約 30%。毫無疑問，由于巨大的表面擴(kuò)大，可以從物理角度合理解釋的結(jié)果引起了一些驚喜。就安裝空間相同的優(yōu)化而言，期望更加低迷。

排除材料斷裂

隨后改進(jìn)了風(fēng)扇的安裝技術(shù)。印刷散熱器的材料特性顯示出明顯比擠壓部件更硬的結(jié)構(gòu)。為了進(jìn)一步使用專為 SEPA EUROPE 生產(chǎn)的螺釘，必須調(diào)整螺釘?shù)墓潭ㄑb置以避免材料斷裂。為此，在選擇最佳解決方案之前，設(shè)計(jì)、3D 打印和測試了四個(gè)不同的安裝點(diǎn)。

考慮生態(tài)要求

在過去幾年中，SEPA EUROPE 擴(kuò)大了其用于嵌入式系統(tǒng)中電子元件冷卻的產(chǎn)品范圍。還考慮了生態(tài)要求，因?yàn)椴粌H可以在具有相同或改進(jìn)效果的情況下顯著減少電力輸入，而且還可以減少原材料的使用?！盁狳c(diǎn)”的冷卻通常是小型設(shè)備的問題，而不是所有組件產(chǎn)生的熱量的消散。被動(dòng)冷卻需要的散熱器體積大約是風(fēng)扇支持冷卻的五倍，并且在可用的有限空間中幾乎無法容納。得益于現(xiàn)代主動(dòng)冷卻，設(shè)備總體上可以更小、更輕、更便宜，而不會犧牲質(zhì)量。這是通過生產(chǎn)大量改進(jìn)的軸向、徑向和徑向風(fēng)扇和新的、單獨(dú)設(shè)計(jì)的散熱器和附件。與此同時(shí)，這些新組件中的許多都是標(biāo)準(zhǔn)化的并且有現(xiàn)貨，但經(jīng)驗(yàn)表明，客戶特定的版本通常是不可避免的。

為個(gè)別應(yīng)用提供更大的靈活性

散熱器的增材制造顯示出其巨大的優(yōu)勢，特別是在滿足客戶特定設(shè)計(jì)的要求方面。使用 3DQler 的選擇性激光熔化技術(shù)制造的散熱器可以在盡可能短的時(shí)間內(nèi)單獨(dú)調(diào)整和打印，無需額外費(fèi)用。這種靈活性與可用的眾多風(fēng)扇相結(jié)合，使我們能夠設(shè)計(jì)出適合每種應(yīng)用的冷卻解決方案。

審核編輯：郭婷