ฮีทซิงค์ทองแดงหรืออลูมิเนียม?

ฮีทซิงค์จะซื้อทองแดงหรืออลูมิเนียมได้อย่างไร อลูมิเนียมทองแดงทำอะไรได้บ้าง? ฉันรู้ว่ามันมีราคาแพงกว่าและหนักกว่าดังนั้นทองแดงจะได้ประโยชน์อะไร?

แก้ไข: รายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับแอปพลิเคชัน ฉันต้องการฮีทซิงค์สำหรับโมดูล PEG pierier ด้านเย็น แหล่งพลังงานเป็นเพียงความร้อนในมือของคุณมาจากด้านร้อน เพื่อป้องกันไม่ให้เป็นกลาง peltier ทั้งสองด้านฉันใช้ฮีทซิงค์เพื่อทำให้ด้านอื่นเย็นลง ดังนั้นฉันจึงต้องการฮีทซิงค์ที่ทรงพลังที่สุดเพื่อให้ peltier จะสร้างแรงดันไฟฟ้าได้อีกต่อไป

คุณมีข้อมูลที่ดีจากผู้ใช้ข้างต้น! โปรดพิจารณาคำตอบของฉันอย่างมีนัยสำคัญและมีความสำคัญบิต supplimental คำแนะนำที่คุณมีอยู่แล้ว:

วัสดุเชื่อมต่อในการระบายความร้อน (TIM) อาจมีความสำคัญมากกว่าวัสดุที่คุณเลือกสำหรับฮีทซิงค์ของคุณ! ฉันพูดสิ่งนี้จากประสบการณ์และการทดสอบด้วยตนเองหลายสิบชนิดและวัสดุอินเตอร์เฟส งบประมาณวิธีการสิ่งที่แนบมาและค่าออกแบบอื่น ๆ อาจทำให้ตัวเลือกประเภท TIM ของคุณแคบลง ตัวอย่างเช่นการวางต้องใช้ฮีทซิงค์เพื่อให้มีความปลอดภัยทางกลไกและกาวไม่ได้ วัสดุบางชนิดมีความยุ่งและใช้งานยาก แต่มีประสิทธิภาพดีและมีบางสิ่งที่มีคุณค่าในการใช้งานและอาจจะใช่หรือไม่ใช่ใช้งานง่าย

ฉันจะบอกด้วยความมั่นใจอย่างมากว่า TIM ที่คุณใช้สามารถมีความสำคัญมากกว่าการใช้ทองแดงหรืออลูมิเนียม ไม่ใช่ทุกกรณี แต่ความแตกต่างด้านประสิทธิภาพอาจน่าแปลกใจ

การค้นหาวัสดุที่เป็นที่นิยมและผ่านการตรวจสอบอย่างดีสำหรับซีพียู / ฮีทซิงค์สามารถให้ทางเลือกที่ดีแก่คุณในการเลือกใช้

โชคดี!

ทองแดงมีการนำความร้อนได้ดีกว่า

อลูมิเนียม - $\mathrm{ 200 \frac {W} {m\cdot K} }$
Copper -$\mathrm{ 400 \frac {W} {m\cdot K} }$
(จากที่นี่,ที่นี่ด้วย)

แต่การนำความร้อนภายในวัสดุแข็งนั้นเป็นเพียงส่วนหนึ่งของเรื่องราว เรื่องราวที่เหลือขึ้นอยู่กับว่าใครต้องการระบายความร้อน

น้ำยาหล่อเย็นเหลว

ฮีทซิงค์ทองแดง (หนึ่งอาจเรียกว่าบล็อกการถ่ายเทความร้อน) จะทำงานได้ดีกว่าอลูมิเนียม

อากาศที่มีการพาความร้อนแบบบังคับ

กล่าวอีกอย่างหนึ่งก็คือมีแฟนเป่าเข้าสู่ฮีทซิงค์ ฮีทซิงค์ทองแดงจะทำงานได้ดีกว่าอลูมิเนียม

อากาศด้วยการพาความร้อนตามธรรมชาติ

ฉันบันทึกไว้ดีที่สุดสำหรับครั้งล่าสุด มันก็ดูเหมือนว่ามันเป็นเคสของ OP ด้วย

ด้วยการพาความร้อนตามธรรมชาติฮีทซิงค์ทองแดงทำงานได้ดีเพียง¹เล็กน้อย(เป็น° C / W) กว่าอลูมิเนียม นี่เป็นเพราะคอขวดไม่ได้อยู่ในการถ่ายโอนด้วยโลหะ เมื่อคุณมีอากาศด้วยการพาความร้อนตามธรรมชาติคอขวดจะอยู่ระหว่างการเปลี่ยนถ่ายระหว่างโลหะกับอากาศและมันก็เหมือนกันกับ Al และ Cu

¹ _{ฉันอาจเพิ่มว่าการเพิ่มขึ้นเล็กน้อยมักจะไม่คุ้มกับค่าใช้จ่ายของ Cu}

เส้นโค้งนี้แสดงให้เห็นถึงความสัมพันธ์ที่ไม่เป็นเชิงเส้นระหว่างการถ่ายเทความร้อนและการนำความร้อนของวัสดุ เส้นโค้งเป็นแบบทั่วไป มันใช้ได้กับทุกการใช้งานที่มีทั้งการนำความร้อนและการพาความร้อน [โดยทั่วไปการฉายรังสีมีขนาดเล็กและไม่สนใจในการคำนวณนี้] รูปร่างของเส้นโค้งนั้นเหมือนกันโดยไม่คำนึงถึงแอปพลิเคชัน ค่าเชิงปริมาณของแกนไม่แสดงขึ้นอยู่กับพลังงานขนาดชิ้นส่วนและสภาพการระบายความร้อนแบบพาความร้อน พวกเขาได้รับการแก้ไขสำหรับการใช้งานที่กำหนดและเงื่อนไข เห็นได้ชัดจากรูปร่างของเส้นโค้งที่การถ่ายเทความร้อนนั้นขึ้นอยู่กับการนำความร้อนของวัสดุ แต่ก็มีจุดเข่าในโค้งที่เพิ่มการนำความร้อนผลิตการปรับปรุงการถ่ายเทความร้อนเล็กน้อย
( แหล่งที่มาเน้น NA)

$\mathrm{20 \frac {W} {m\cdot K} }$

E2 คือพลาสติก ( แหล่งที่มา )

มันเป็นคำถามที่ซับซ้อนด้วยหลายปัจจัย มาดูคุณสมบัติทางกายภาพกันบ้าง:

• $\mathrm{W \over m\cdot K}$
  • ทองแดง: 400
  • อลูมิเนียม: 235
• $\mathrm{J \over cm^3 \cdot K }$
  • ทองแดง: 3.45
  • อลูมิเนียม: 2.42
• $\mathrm{g \over cm^3}$
  • ทองแดง: 8.96
  • อลูมิเนียม: 2.7
• $\mathrm V$
  • ทองแดง: -0.35
  • อลูมิเนียม: -0.95

คุณสมบัติเหล่านี้หมายถึงอะไร สำหรับการเปรียบเทียบทั้งหมดที่ตามมาพิจารณาวัสดุสองชิ้นที่มีรูปทรงเหมือนกัน

การนำความร้อนที่สูงขึ้นของทองแดงหมายถึงอุณหภูมิทั่วทั้งฮีทซิงค์จะมีความสม่ำเสมอมากกว่า สิ่งนี้มีประโยชน์เนื่องจากแขนขาของฮีทซิงค์จะอุ่นขึ้น (และแผ่รังสีได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น) และฮอตสปอตที่ติดอยู่กับโหลดความร้อนจะเย็นลง

ความจุความร้อนเชิงปริมาตรที่สูงขึ้นของทองแดงหมายความว่าจะต้องใช้พลังงานปริมาณมากเพื่อเพิ่มอุณหภูมิของชุดระบายความร้อน ซึ่งหมายความว่าทองแดงสามารถ "ระบายความร้อนออก" โหลดความร้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น นั่นอาจหมายถึงช่วงเวลาสั้น ๆ ของการโหลดความร้อนส่งผลให้อุณหภูมิสูงสุดลดลง

ความหนาแน่นที่สูงขึ้นของทองแดงทำให้หนักขึ้นอย่างเห็นได้ชัด

ดัชนีขั้วบวกของวัสดุที่แตกต่างกันอาจทำให้วัสดุหนึ่งเป็นที่นิยมมากขึ้นถ้าการกัดกร่อนด้วยไฟฟ้าเป็นกังวล ซึ่งเป็นที่นิยมมากขึ้นจะขึ้นอยู่กับสิ่งที่โลหะอื่น ๆ สัมผัสกับแผ่นระบายความร้อน

จากคุณสมบัติทางกายภาพเหล่านี้ดูเหมือนว่าทองแดงจะมีประสิทธิภาพการระบายความร้อนที่เหนือกว่าในทุกกรณี แต่สิ่งนี้แปลไปสู่ประสิทธิภาพที่แท้จริงได้อย่างไร เราต้องคำนึงถึงไม่เพียง แต่วัสดุฮีทซิงค์ แต่วัสดุนี้โต้ตอบกับสภาพแวดล้อมโดยรอบได้อย่างไร อินเทอร์เฟซระหว่างฮีทซิงค์กับสภาพแวดล้อม (อากาศปกติ) มีความสำคัญมาก นอกจากนี้รูปร่างของฮีทซิงค์โดยเฉพาะก็มีความสำคัญเช่นกัน เราต้องพิจารณาทุกสิ่งเหล่านี้

การศึกษาโดย Michael Haskell การเปรียบเทียบผลกระทบของวัสดุแผ่นระบายความร้อนที่แตกต่างกันต่อประสิทธิภาพการทำความเย็นได้ทำการทดสอบเชิงประจักษ์และการคำนวณเกี่ยวกับอลูมิเนียมทองแดงและฮีทซิงค์โฟมกราไฟท์ของรูปทรงเรขาคณิตที่เหมือนกัน ฉันสามารถทำให้การค้นพบง่ายขึ้น: (และฉันจะไม่สนใจฮีทซิงค์โฟมกราไฟท์)

สำหรับการทดสอบรูปทรงเรขาคณิตโดยเฉพาะอลูมิเนียมและทองแดงมีประสิทธิภาพใกล้เคียงกันมากโดยทองแดงนั้นดีขึ้นเล็กน้อย เพื่อให้คุณมีความคิดในการไหลของอากาศ 1.5 m / s ความต้านทานความร้อนของทองแดงจากฮีตเตอร์สู่อากาศคือ 1.637 K / W ในขณะที่อลูมิเนียมเท่ากับ 1.677 ตัวเลขเหล่านี้อยู่ใกล้มากมันจึงเป็นการยากที่จะประเมินต้นทุนและน้ำหนักของทองแดงเพิ่มเติม

เมื่อฮีทซิงค์มีขนาดใหญ่เมื่อเทียบกับสิ่งที่เย็นลงทองแดงจะได้เปรียบเหนืออลูมิเนียมเนื่องจากมีค่าการนำความร้อนที่สูงขึ้น นี่เป็นเพราะทองแดงสามารถรักษาการกระจายความร้อนที่สม่ำเสมอยิ่งขึ้นดึงความร้อนออกไปยังแขนขาได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นและใช้พื้นที่แผ่รังสีทั้งหมดได้อย่างมีประสิทธิภาพยิ่งขึ้น การศึกษาเดียวกันได้ทำการศึกษาการคำนวณสำหรับตัวทำความเย็นซีพียูขนาดใหญ่และคำนวณค่าความต้านทานความร้อนที่ 0.57 K / W สำหรับทองแดงและ 0.69 K / W สำหรับอลูมิเนียม

ค่าการนำความร้อนของทองแดงนั้นสูงกว่าอลูมิเนียมเกือบ 60% ซึ่งหมายความว่าแผ่นระบายความร้อนทองแดงจะมีประสิทธิภาพในการกำจัดความร้อนได้ดีกว่าอลูมิเนียม

สิ่งที่คุณเลือกเป็นเรื่องของการประนีประนอม: อลูมิเนียมแผ่นระบายความร้อนมีราคาถูกและเบาและเป็นตัวเลือกแรกสำหรับการออกแบบทั่วไป ยิ่งน้อยซึ่งคุณต้องกำจัดความร้อนจำนวนมากในพื้นที่เล็ก ๆ น้อย ๆ ทองแดงอาจจะดีกว่า

อย่างไรก็ตามมันเป็นไปไม่ได้ที่จะทำการเปรียบเทียบอย่างสมบูรณ์ระหว่างวัสดุทั้งสองโดยไม่ทราบว่าการใช้งานเฉพาะและข้อ จำกัด อื่น ๆ ของการออกแบบที่เฉพาะเจาะจงจะต้องปรับชุดระบายความร้อน

มีปัจจัยอื่น ๆ ที่ต้องจำไว้ (รวมถึงสภาพแวดล้อมที่ฮีตซิงค์ต้อง "อยู่" ใน)

ทองแดงสามารถนำความร้อนได้ดีกว่าอลูมิเนียม แต่ควรพิจารณาการมีเพศสัมพันธ์ด้วยความร้อนระหว่างแหล่งความร้อนและแผ่นระบายความร้อนและควรพิจารณาระหว่างความร้อนกับ "โลกภายนอก" ด้วย

ตัวอย่างเช่นฮีตซิงก์รวมกับอากาศฟรีผ่านครีบขนาดเล็กหรือไม่? หรือเป็นคู่กับน้ำยาหล่อเย็นชนิดเหลวบางชนิดที่ไหลในหลอดหรือไม่? การพาความร้อนเกี่ยวข้องในกระบวนการกำจัดความร้อนหรือการแผ่รังสีความร้อนเป็นกลไกหลัก (คิดว่ายานสำรวจอวกาศเป็นกรณีที่รุนแรง) สภาพแวดล้อมมีแนวโน้มที่จะก่อให้เกิดการกัดกร่อน (อุปกรณ์ใต้น้ำอุปกรณ์ภายในเครื่องปฏิกรณ์เคมีบางตัว) หรือไม่? โลหะผสมบางชนิดมีความทนทานต่อการกัดกร่อนบางชนิดมากกว่าโลหะอื่น ๆ

ทองแดงมีค่าการนำความร้อนของอลูมิเนียมประมาณ 50% ถึงสองเท่าขึ้นอยู่กับโลหะผสมดังนั้นสำหรับประสิทธิภาพที่กำหนดฮีทซิงค์ทองแดงสามารถมีขนาดเท่ากับครึ่งหนึ่งของอลูมิเนียมได้

อย่างไรก็ตามทองแดงมีราคาแพงกว่าอลูมิเนียมและค่อนข้างยากที่จะประดิษฐ์ดังนั้นจึงมีค่าใช้จ่ายในการผลิตสูงกว่า ในบางกรณีขนาดเล็กคุ้มค่าที่จะจ่าย