Hliník vs. měď: Který je lepší pro chladiče?

Před přizpůsobením chladičů pro naše zákazníky v chladiči ZP je prvním krokem rozhodnout o materiálu na základě požadavků na aplikaci produktu/projektu zákazníka. Hliník a měď jsou běžné materiály pro tepelné dřezy, ale mají různé vlastnosti, takže scénáře aplikací se mohou lišit.

 

Za prvé, výhody hliníku mohou zahrnovat lehké a nízké náklady. Hliník je méně hustý než měď, takže je lehčí pro stejný objem, který je důležitý pro zařízení, která vyžadují snížení hmotnosti. Navíc je hliník obvykle levnější než měď, což je nákladově efektivnější pro hromadnou výrobu. Pokud jde o zpracovatelnost, hliník může být snazší vytáhnout a formovat, takže je vhodný pro složité struktury chladiče. Pokud jde o odolnost proti korozi, hliník vyvíjí na svém povrchu oxidovou vrstvu, která může mít nějaký ochranný účinek, i když k jeho zvýšení může být zapotřebí eloxování.

 

Pojďme si promluvit o nevýhodách hliníku. Pokud jde o tepelnou vodivost, ačkoli hliník má dobrý koeficient tepelné vodivosti, je nižší než měď, takže tepelná vodivost nemusí být tak účinná jako měď. Pokud jde o sílu, hliník může být měkčí a snadněji se deformuje, zejména ve vysokoteplotních prostředích, a nemusí mít dostatečnou strukturální stabilitu pro dlouhodobé používání. Z hlediska obtížnosti svařování může hliník vyžadovat speciální techniky, jako je svařování Arg Arc, což může zvýšit výrobní náklady.

 

 

Další jsou výhody mědi. Měď má výrazně vyšší tepelnou vodivost než hliník, což znamená účinnější rozptyl tepla pro vysoce výkonná zařízení. Měď je silnější, odolnější vůči vysokým teplotám, méně náchylná k deformaci a může mít delší životnost. Pokud jde o pájetelnost, měď, navzdory vysokému bodu tání, vytváří po pájení silnější spojení a může být vhodné pro aplikace vyžadující vysokou spolehlivost.

 

Nevýhody mědi jsou nejprve vysoké náklady, surovina je drahá a náklady na zpracování jsou také vysoké, protože měď je těžší a obtížně zpracovatelná. Pokud jde o hmotnost, měď je hustší a chladič bude těžší, takže je nevhodné pro aplikace citlivé na váhu. Odolnost proti korozi, měď je snadno oxidovatelná, povrch tvorby oxidu mědi, ačkoli to neovlivňuje tepelnou vodivost, ale může to ovlivnit vzhled, dlouhodobě ve vlhkém prostředí může mít větší problémy s korozí.

 

Poté je třeba zvážit scénář aplikace zákazníka. Jako profesionálně přizpůsobený výrobce průmyslových chladičů musíme zvážit potřeby různých průmyslových prostředí. Například elektronická zařízení s vysokým výkonem mohou vyžadovat vysokou tepelnou vodivost mědi, zatímco pro hliník mohou být vhodnější nákladné nebo lehké aplikace. Také z hlediska výrobních procesů je vytlačování hliníku vhodné pro hmotnostní výrobu, zatímco měď může být použita více pro přizpůsobená tepelná roztoky, která vyžadují vyšší výkon.

 

Nyní můžeme zvážit použití kombinace dvou materiálů, jako je měděná báze a hliníkové ploutve, aby se využilo rychlé absorpci tepla mědi a lehkého a nízkonákladového rozptylu tepla hliníku. To by však mělo problém s tepelným odporem rozhraní a vyžadovalo by to dobré pájení nebo spojení.

 

Musíme také zvážit recyklovatelnost měděných nebo environmentálních faktorů? Je možné, že hliník je snazší recyklovat, ale zákazníci se mohou více zajímat o výkon a náklady. Kromě toho má teplota, měď vyšší tepelnou kapacitu než hliník, což může pomoci s přechodným rozptylem tepla, ale obecně se konstrukce tepelného dřezu více týká tepelné vodivosti a tepelné odolnosti. Pojďme se podívat na hodnoty tepelné vodivosti obou materiálů, hliník je asi 237 W/MK, měď je asi 401 w/mk. Hustota, hliník je asi 2700 kg/m³, měď je asi 8900 kg/m³.

 

 

 

 

1. Lehký
- Nízká hustota (přibližně 2700 kg/m³) a 1/3 hmotnost mědi, což je vhodné pro aplikace citlivé na hmotnost (např. Automotivové průmysl, přenosná zařízení).

2. nízké náklady
- Ceny surovin jsou mnohem nižší než měď a náklady na zpracování jsou také nižší (např. Proces vytlačování je zralý), takže je vhodný pro hromadnou výrobu.

3. Vynikající zpracovatelnost
- Snadno extrudované do složitých ploutvích, což umožňuje rychlou výrobu tenkých, lehkých a vysokofrekvenčních tepelných dřezů.

4. odolnost proti korozi
- Přirozená oxidová vrstva (al₂o₃) na povrchu chrání před korozí a trvanlivost je po eloxaci ještě lepší.

 

 

 

1. Nižší tepelná vodivost
- Tepelná vodivost asi 237 W/MK, pouze 60% mědi, tepelná účinnost je omezená, není vhodná pro extrémní scénáře vysokého výkonu.

2. slabá mechanická síla
- Snadno změkčené a deformované při vysokých teplotách může dlouhodobé používání vést ke snížení strukturální stability.

3. vyšší potíže s svařováním
- Svařování arc Argon a další speciální procesy, zvyšování výrobních nákladů.

 

 

 

1. Vynikající tepelná vodivost
- Tepelná vodivost 401 W/MK, absorpce tepla a přenos tepla rychleji, vhodné pro zařízení s vysokou hustotou výkonu (jako jsou servery, špičkové grafické karty).

2. vysoká mechanická pevnost
- Odolnost s vysokou teplotou a není snadné se deformovat, dlouhodobá stabilita je lepší než hliník.

3. Vysoká spolehlivost svařování
- Silnější svařovací klouby, vhodné pro průmyslové scénáře s požadavky na vysokou spolehlivost.

 

 

 

1. Vysoké náklady
- Cena surovin je 3-5 časy vyšší než u hliníku a spotřeba energie zpracování je vysoká (např. Řezání a razítko jsou obtížné).

2. Vysoká hmotnost
- Hustota je až 8900 kg/m³, což zvyšuje celkovou hmotnost zařízení.

3. Špatná oxidační odolnost
- Povrch se snadno oxiduje (je vytvořen CuO) a vyžaduje ošetření, jako je pokovování niklu, aby se zabránilo zhoršení vzhledu, a ve vlhkém prostředí se může vyskytnout elektrochemická koroze.

 

 

 

Preferované scénáře pro hliník: nákladově citlivé, lehké požadavky, nízké až střední disipace tepla (např. LED osvětlení, spotřební elektronika).

Preferované scénáře pro měď: extrémní potřeby rozptylu tepla, průmyslová zařízení s vysokou spolehlivostí (např. Datová centra, energetická elektronika).
Hybridní roztok: měděná základna (rychlá absorpce tepla) + hliníkové ploutve (efektivní rozptyl tepla), vyvažovací výkon a náklady, ale je třeba vyřešit problém s tepelným odporem rozhraní (např. Reflow pájení nebo procesem čipu).

Zvažováním tepelné vodivosti, nákladů, hmotnosti a procesních požadavků lze vybrat nejvhodnější materiál nebo kombinace řešení na základě konkrétních aplikačních scénářů.

 

Nyní záleží na tom, který materiál si vyberete, chladič ZP vybere správný materiál pro váš produkt nebo požadavky na aplikaci projektu, aby se zajistilo, že tepelný dřez přizpůsobí operaci produktu.