Pусский 
Просмотры:0 Автор:Pедактор сайта Время публикации: 2026-02-26 Происхождение:Работает
Когда плотность мощности компонента превышает 50 Вт/см⊃2;, стандартные экструдированные ребра часто выходят из строя, что приводит к тепловому дросселированию и отказу оборудования. Радиатор Skiving Fin решает эту проблему, уменьшая толщину ребер до 0,05 мм, максимизируя площадь конвективной поверхности без увеличения занимаемой площади модуля.
В нашем бизнесе по производству тепловых решений в компании Kingka Tech мы часто сталкиваемся с командами инженеров, попавшими в ловушку физических ограничений стандартной экструзии. Когда вы не можете сделать радиатор выше или шире из-за ограничений по упаковке, единственный математический путь к снижению температуры перехода — это размещение большего количества ребер в существующем объеме. Однако существует физический предел того, насколько тонко вы можете нарезать металл, прежде чем он потеряет структурную целостность или перекроет поток воздуха. Давайте рассмотрим точные инженерные границы технологии заточки и то, насколько тонкими должны быть материалы для вашего конкретного применения.
Медь против алюминия: ограничения по толщине в зависимости от материала
Компромисс воздушного потока: тонкие ребра против перепада давления
Анализ примера: охлаждение модуля IGBT в промышленной автоматизации
Определение абсолютной минимальной толщины охлаждающих ребер имеет решающее значение для максимизации площади поверхности. Однако производственные возможности должны соответствовать структурной физике, чтобы предотвратить разрушение ребер при принудительном потоке воздуха.
Минимальная практическая толщина ребер радиатора Skiving Fin составляет от 0,05 до 0,1 мм. В сочетании с минимально достижимым шагом ребер 0,1 мм и максимальной высотой до 120 мм зачистка позволяет создавать чрезвычайно плотные, плотно упакованные конфигурации, которые увеличивают площадь теплопередачи.
При управлении теплом в средах с высоким потоком основной целью является максимальное увеличение площади смачиваемой поверхности, подвергающейся воздействию охлаждающей жидкости (воздуха или жидкости). В процессе зачистки используется прецизионное лезвие с ЧПУ, которое срезает тонкий слой металла с экструдированного блока и изгибает его идеально вертикально. Поскольку это субтрактивный механический процесс, а не процесс экструзии, геометрические ограничения значительно превосходят его.
Например, в инверторах для электромобилей и светодиодных матрицах высокой плотности инженерам часто не хватает площади X и Y. Указав толщину ребер 0,1 мм и шаг 0,1 мм, Kingka Tech может разместить в десять раз больше ребер на той же площади основания по сравнению со стандартным литым радиатором.
Кроме того, вертикальный предел не менее впечатляет. Типичная максимальная высота ребер составляет 100–120 мм, в зависимости от сплава материала и хода резки конкретного станка.
Многоугольное воздействие экстремальной плотности:
Термический: резкое снижение сопротивления конвекции ($R_{conv}$) из-за увеличения площади поверхности.
Объемный: позволяет форм-фактору 1U или 2U работать как гораздо более крупный пассивный кулер.
Акустика: большая площадь поверхности часто означает, что вентиляторы могут работать на более низких оборотах, что снижает шум системы.
Плотность материала и прочность на разрыв определяют, насколько тонко лезвие может нарезаться, прежде чем металл порвется. Инженеры должны подобрать сплав в соответствии с требуемой тепловой нагрузкой и геометрией ребер.
Для оптимальной технологичности и производительности медные ребра со скосом обычно изготавливаются толщиной от 0,1 до 0,6 мм. Алюминиевые сплавы, будучи более мягкими, обычно требуют толщины ребер от 0,2 до 1,2 мм для сохранения структурной стабильности во время процесса заточки под высоким давлением.
Выбор между медью и алюминием фундаментально меняет то, насколько тоньше вы можете сделать геометрию плавника. Медь (например, C11000) обладает превосходной пластичностью и высокой прочностью на разрыв, а также превосходной теплопроводностью (~ 398 Вт/м·К). Такая структурная целостность позволяет лезвию для зачистки брить ребра толщиной до 0,1 мм без коробления или разрыва материала во время изгиба.
И наоборот, стандартные алюминиевые сплавы с высокой проводимостью (например, AL1060 или AL6063) мягче и более склонны к разрывам, если их нарезать слишком тонко. Поэтому практичная полка для алюминия немного толще, обычно начиная с 0,2 мм для стабильного объемного производства.
Примеры в области:
Мощные процессоры/графические процессоры: мы рекомендуем использовать блоки из чистой меди с ребрами толщиной 0,15 мм. Превосходная теплопроводность компенсирует небольшой недостаток веса, мгновенно распределяя тепловой поток >50 Вт/см⊃2;.
Базовые станции телекоммуникаций: мы используем алюминиевые ребра со скосом толщиной 0,4 мм. Это уравновешивает потребность в небольшом весе башенного оборудования с огромным увеличением площади поверхности.
Таблица 1. Рекомендации по материалам и толщине для зачистки
Расположение ребер толщиной 0,1 мм близко друг к другу максимизирует теоретическую площадь поверхности, но полностью меняет гидродинамику шасси. Плотные ребра создают значительное гидравлическое сопротивление, которое вентиляторам приходится преодолевать.
В то время как радиатор Skiving Fin имеет большую площадь поверхности, ультратонкие ребра с шагом 0,1 мм создают высокий перепад давления. Для достижения оптимальных тепловых характеристик зазор ребер должен быть тщательно согласован с кривой вращения вентилятора системы и возможностями статического давления, чтобы предотвратить остановку воздушного потока.
Есть точка уменьшения отдачи от того, чтобы сделать плавники тоньше и упаковать их плотнее. Если шаг ребер (зазор между ребрами) слишком узкий, возникает интерференция пограничного слоя. Воздуху физически трудно пройти через микроканалы, в результате чего воздушный поток полностью обходит радиатор.
Среда с принудительной вентиляцией. В серверных стойках высотой 1U, оснащенных вентиляторами встречного вращения с высоким статическим давлением, мы можем безопасно уменьшить шаг ребер до 0,2 мм или 0,3 мм. У вентиляторов достаточно мощности, чтобы нагнетать холодный воздух через плотный массив.
Среда с естественной конвекцией. В герметичных промышленных корпусах или пассивных светодиодных матрицах шаг ребер 0,1 мм приведет к катастрофическому выходу из строя. Без вентилятора, нагнетающего воздух, узкие зазоры удерживают тепло. Для пассивного охлаждения мы рекомендуем снимать более толстые ребра (0,5–1,0 мм) с гораздо более широким шагом (3,0 мм+), чтобы обеспечить выход воздуха, вызываемого плавучестью.
Практический совет: никогда не указывайте геометрию плавников в вакууме. Всегда накладывайте рассчитанную кривую падения давления на радиаторе на кривую PQ (давление-расход) выбранного вами нагнетателя или осевого вентилятора. Если рабочая точка находится слишком низко на оси потока, необходимо увеличить шаг ребер.
Традиционное производство сталкивается с жесткой геометрической стеной. При продавливании горячего металла через стальную матрицу невозможно достичь экстремальных соотношений сторон, требуемых современной энергоемкой электроникой.
Экструзия обычно ограничивается соотношением сторон 15:1. Напротив, прецизионная нарезка радиатора Skiving Fin обычно обеспечивает соотношение сторон более 50:1, что позволяет дизайнерам использовать исключительно высокие и тонкие ребра в ограниченных размерах, где экструзия не дает результатов.
«Соотношение сторон» — это отношение высоты плавников к зазору между ними. При экструзии алюминия проталкивание материала через матрицу для создания высоких, тонких и плотно расположенных ребер создает огромное трение. Если соотношение сторон превышает примерно 15:1, стальной инструмент ломается или алюминиевые ребра деформируются и разрушаются при выходе из матрицы.
В мощной электронике соотношение 15:1 часто оказывается недостаточным. Например, в силовой электронике и модулях IGBT у вас может быть доступно 60 мм вертикального пространства, но стандартная экструзия вынуждает вас оставлять большие зазоры между ребрами, тратя впустую потенциальный объем охлаждения.
Переход к зачистке позволяет обойти механические ограничения экструзии. Поскольку мы вырезаем плавники одно за другим, мы обычно можем достичь соотношения сторон 50:1. Это означает, что плавник высотой 50 мм может располагаться рядом со своим соседом с зазором всего в 1 мм. Эта геометрическая свобода является точной причиной того, что шлифование доминирует на рынке высокопоточного охлаждения.
Теоретические ограничения имеют значение только тогда, когда они решают проблему реального теплового регулирования. Давайте посмотрим, как переход от стандартной экструзии к точной зачистке спас мощный промышленный модуль преобразования энергии.
Клиент промышленной автоматизации столкнулся с термическим дросселированием из-за экструдированных ребер толщиной 1,5 мм. Мы внедрили специальный радиатор Skiving Fin с ребрами толщиной 0,1 мм и шагом 0,3 мм. Это снизило рабочую температуру на 8–12 °C при полной нагрузке, обеспечив непрерывную и стабильную работу.
Заказчик из сферы промышленной автоматизации обратился в компанию Kingka Tech с просьбой найти решение для охлаждения мощного модуля IGBT, используемого в приводах с регулируемой скоростью. В их существующей установке использовались экструдированные алюминиевые радиаторы с толщиной ребер около 1,5 мм. При непрерывной работе с полной нагрузкой плотность мощности была слишком высокой для доступной площади поверхности, что приводило к частому тепловому дросселированию и нестабильности системы.
Мы разработали специальный радиатор со скошенными ребрами специально для того, чтобы выйти за рамки их старой экструзии. Оптимизированными параметрами были:
Толщина ребра: 0,1 мм
Шаг плавника: 0,3 мм
Высота плавника: 40 мм
Материал: алюминиевый сплав с высокой проводимостью.
Результаты:
После внедрения более тонкая геометрия ребер экспоненциально увеличила эффективную площадь поверхности при той же механической площади. Рабочая температура модуля упала на ощутимые 8–12 °C во время испытаний с полной нагрузкой. Такой огромный тепловой запас обеспечил стабильную непрерывную работу, позволил системным вентиляторам работать на более низкой скорости (снижая акустический шум) и напрямую привел к повышению надежности и продлению срока службы силового модуля IGBT. Такого результата можно было достичь только за счет зачистки; экструзия не позволяет изготовить комбинацию с шагом 0,1 мм/0,3 мм.
Распространенной проблемой ребер толщиной 0,1 мм является хрупкость. Могут ли такие тонкие ребра выдержать суровые вибрации промышленной или автомобильной среды, не сгибаясь, не ломаясь и не разрушаясь?
Поскольку радиатор Skiving Fin вырезан из цельного куска металла, ребра имеют монолитное основание. Эта конструкция с нулевым соединением гарантирует, что даже ультратонкие ребра толщиной 0,05 мм сохраняют исключительную механическую стабильность и виброустойчивость при суровых термических циклах и физических ударах.
При сравнении массивов со срезанными ребрами и радиаторами со связанными ребрами структурные различия очевидны. Склеенные ребра основаны на термоэпоксидной смоле или припое, которые удерживают тонкие листы металла в основании с прорезями. При сильной вибрации — например, в электроинверторе или железнодорожном тяговом модуле — эти соединения испытывают напряжение сдвига. В сочетании с быстрым расширением и сжатием в результате термоциклирования склеенные соединения в конечном итоге трескаются, разрушая как структурную целостность, так и пути теплопроводности.
Однако скошенный плавник не прикреплен к основанию; это база Режущий инструмент отрывает металл, а это означает, что зернистая структура сплава остается непрерывной от нижней части опорной пластины до кончика ребра толщиной 0,1 мм. .
Устойчивость к вибрации: монолитная основа плавника действует как встроенный галтель, предотвращая разрушение лопасти гармонической вибрацией.
Термический удар: без чередования материалов (например, основного металла и припоя) несоответствие коэффициента теплового расширения (КТР) в базовом соединении равно нулю.
Даже при предельной толщине 0,05 мм медный массив со срезанными краями выдержит физические испытания на падение и профили вибрации, которые мгновенно разрушили бы склеенный эквивалент.
Преобразование модели САПР в технологическую деталь требует согласования вашего проекта с ограничениями станка. Правильная спецификация предотвращает дорогостоящие модификации и обеспечивает немедленные тепловые характеристики после поставки.
Чтобы выбрать радиатор Skiving Fin, инженеры должны определить тепловую нагрузку (> 50 Вт/см⊃2;), максимальную высоту Z (до 120 мм), доступный поток воздуха и материал. Эти параметры позволяют производителю рассчитать точную толщину и шаг ребер, необходимые для оптимизации теплового пути.
В Kingka Tech мы призываем менеджеров по закупкам и инженеров-теплотехников предоставлять комплексные данные о системе, а не просто отдельную 3D-модель. Поскольку для зачистки не требуется дорогостоящий твердый инструмент (например, экструзионные штампы), у нас есть возможность регулировать шаг ребер на доли миллиметра на этапе создания прототипа, чтобы добиться точной необходимой производительности.
Контрольный список для выбора радиатора со скосом:
Определите горячую точку: укажите точные размеры и тепловой поток (Вт/см⊃2;) чипа. Скинг превосходно распределяет тепло от небольших, интенсивных источников.
Выберите основной материал: выберите медь C1100 для максимального растекания или AL1060 для легких применений.
Укажите кривую вентилятора. Мы должны знать пределы статического давления, чтобы безопасно указать шаг ребер 0,1 мм или 0,2 мм, не перекрывая воздушный поток.
Установите ограничение Z-высоты: знание абсолютной максимальной высоты позволяет нам максимизировать соотношение сторон.
Сотрудничая с этими параметрами на ранней стадии, мы можем предоставить индивидуальные решения со скошенными ребрами, которые не требуют инвестиций в оснастку и позволяют плавно перейти от прототипа к массовому производству.
Инженерные границы управления температурным режимом переписываются благодаря прецизионному субтрактивному производству. Когда плотность мощности вашего компонента превышает 50 Вт/см⊃2;, стандартные профили и склеенные ребра становятся помехой.
Используя радиатор Skiving Fin , инженеры могут уменьшить толщину ребер до невероятных 0,05–0,1 мм, достигнув соотношения сторон более 50:1. Независимо от того, охлаждаете ли вы инвертор электромобиля с высокой плотностью поверхности с помощью чистой меди или глушите промышленный привод с помощью алюминия высокой плотности, шлифование обеспечивает оптимальное сочетание максимальной площади поверхности, нулевого сопротивления интерфейса и надежной механической стабильности.
Готовы расширить границы вашего теплового дизайна?
Свяжитесь с Kingka Tech сегодня. Расскажите об ограничениях шасси и тепловых нагрузках, и пусть наша команда инженеров рассчитает оптимальную толщину и шаг ребер для силовой электроники вашего следующего поколения.
1. Насколько тонким может быть сделан радиатор со скошенными ребрами?
В зависимости от материала и конкретного станка с ЧПУ, ребра практически могут быть изготовлены толщиной от 0,05 мм до 0,1 мм.
2. Какой материал позволяет использовать более тонкие ребра со скосами: медь или алюминий?
Медь позволяет создавать более тонкие и стабильные ребра (до 0,05–0,1 мм) благодаря ее высокой прочности на разрыв и пластичности. Алюминий мягче, и его обычно зачищают на толщину от 0,2 до 1,2 мм.
3. Каково максимальное соотношение сторон радиатора со скосом?
В то время как традиционная экструзия ограничена примерно 15:1, прецизионное шлифование обычно позволяет достичь соотношения сторон (высота ребра к ширине зазора) 50:1 или больше.
4. Какой высоты могут быть ребра на радиаторе со скосом?
Максимальная высота ребра обычно колеблется от 100 до 120 мм и сильно зависит от используемого сплава и хода резания станка для заточки.
5. Блокирует ли ребро толщиной 0,1 мм поток воздуха?
Сама по себе толщина ребер не блокирует поток воздуха, но это делает шаг (зазор между ребрами). Если ребра расположены на расстоянии 0,1 мм друг от друга, это создает высокое гидравлическое сопротивление, поэтому для проталкивания воздуха требуется вентилятор с высоким статическим давлением.
6. Является ли радиатор со срезанными ребрами более хрупким, чем экструдированный?
Нет. Поскольку плавники и основание вырезаны из единого монолитного куска металла, основание плавника невероятно прочное. Они обеспечивают превосходную виброустойчивость по сравнению со склеенными или паяными ребрами в сборе.
7. Зачем использовать зачистку для модулей IGBT и инверторов EV?
Эти приложения генерируют тепловой поток, превышающий 50 Вт/см⊃2;. Зачистка обеспечивает большую площадь поверхности и нулевое сопротивление интерфейса, необходимое для быстрого отвода тепла, предотвращая дросселирование компонентов.
8. Требуют ли радиаторы со срезанными краями дорогостоящих инструментов?
Нет. В отличие от литья под давлением или экструзии, заточка представляет собой субтрактивный процесс, управляемый ЧПУ. Для этого не требуются дорогие специальные штампы или пресс-формы, что делает его очень рентабельным для быстрого прототипирования и производства в малых и средних объемах.
