전기 절연 방열판이 그렇게 드문 이유는 무엇입니까? 비용이 듭니까?

편집 : 내 초기 질문 (왜 단열 히트 싱크가 없습니까?)은 잘못된 전제에 기초한 것으로 보이며 실제로 단열 히트 싱크가 있습니다. 단지 커서 검색만으로는 찾을 수 없었습니다. 대신, 나는 그들의 희소성에 대해 물어보기 위해 이것을 바꾸고 있습니다.

방열판은 거의 보편적으로 알루미늄, 구리 또는 이들의 일부 조합으로 만들어진 것으로 보입니다. 이것은 말이된다; 알루미늄과 구리는 작업하기 쉽고 열전도율이 높습니다. 그러나 다이아몬드는 알려진 물질 중 가장 높은 열전도도를 지니고 있습니다. 물론 히트 싱크로 사용하기에 적합한 유형의 다이아몬드는 단일 칩일 것이므로 최소 비용으로 막대한 비용이 소요될 것입니다. 보석 품질의 결정이지만 유사한 열전도도를 갖는 입방정 질화 붕소와 같은 것을 사용할 수 없습니까?

그렇습니다. c-BN의 큰 단결정을 만드는 데 따른 제조상의 어려움은 아마도 큰 다이아몬드의 단결정을 만드는 것과 거의 같을 것입니다. 그러나 De Beers 그룹이 없기 때문에 최종 가격은 그다지 크지 않을 것으로 예상합니다 질화 붕소를 찾으십시오. 그리고 열전 도성이 좋은 다른 비금속 화합물이 있으며, 그중 일부는 아마도 제조에 더 적합 할 것입니다. 나는 그들이 압출 알루미늄의 가격대에 접근 할 수 있을지 의심하지만 때로는 더 높은 성능이 필요합니다.

요약하자면, 내 질문은 : 비금속 방열판을 매우 드물게 만드는 비용 일 뿐입니 까, 아니면 가장 난해한 적용 범위를 벗어나면 바람직하지 않은 다른 결점이 있습니까?

다른 답변으로는 다루지 않는 것 중 하나는 매우 얇은 전기 절연체 층이 필요하다는 것입니다 (적절한 전압에서) 방열판의 방열판 부분이 두꺼운 경우 가장 잘 작동합니다. 따라서 열전 도성 및 전기 절연성 인 단일 재료를 사용하는 것보다 얇은 전기 절연 장벽을 사용하고 두껍고 저렴하며 쉽게 제작할 수있는 금속 히트 싱크를 사용하는 것이 더 효율적입니다. 존재하는 소수의 재료 (예 : 다이아몬드)는 방열판 형태로 압출하거나 쉽게 형성 할 수 없습니다. 일부는 소결 될 수 있지만 소결은 일반적으로 벌크 재료의 열 전도성에 도달 할 수 없습니다. 이 모든 재료 과학의 공학적 효과는 우리가 항상 해왔 던 일을 끝내는 것입니다.

또 다른 요인은 재고 정책입니다. 부피가 큰 강력한 히트 싱크와 적은 수의 작은 섬세한 단열 패드 (항상 필요한 것은 아님)를 재고로 두 가지 유형의 부피가 큰 히트 싱크를 보유한 경우보다 재고가 적은 저장 공간과 자본을 차지합니다. 절연체가 필요없는 경우 비용과 성능이 모두 우수합니다.

이것은 거의 새로운 문제가 아닙니다. 특정 연령대의 사람들은 TO-220 및 TO-3 패키지 용 운모 절연체가있는 방열판을 기억합니다.

(당시) 문제는 재료 비용과 가용성 및 재료 과학이었습니다. 우리는 수년에 걸쳐 다양한 화합물의 열전도도를 이해하는 데 먼 길을 왔지만 여전히 비교적 새로운 기술입니다 (수십 년 동안 주변에 있었지만 실제로 자체적으로 방열판이 아닌 열전도 패드와 같은 것들이 있습니다) 권리).

TO-220은 일반적으로 전압이 높은 장치의 컬렉터 / 드레인에 방열판이 있으므로 일반적인 배열은이 기술을 사용합니다.

소스 .

열전달을 극대화하기 위해 열 페이스트 를 사용하는 것은 드문 일이 아닙니다 .

이제 통합 단열 히트 싱크의 상대적 희소성을 설명하지는 않습니다. 실제로는 '필요한 것'으로 귀착 될뿐 아니라 잘 알려진 방열판의 방법과 전기 절연 배리어 재료를 저렴하게 사용할 수 있습니다 (적어도 오늘날은).

기존의 시도되고 진정한 방법은 수십 년 동안 잘 작동했지만 일부 응용 프로그램 (특히 작은 장치의 응용 프로그램)의 경우 이러한 솔루션이 적합하지 않을 수 있습니다.

있다 아주 몇 가지 제품 을 사용할 수는 있지만 조금 더 비싼 (당 와트 기준) 경향이있다. 다른 재료들에 대한 많은 연구가 있다 .

물론, 블링 요인에 대해, 당신은 사용할 수 이러한 .

그래서 그것은 많은 것들로 귀결되며 비용은 주요 원동력입니다. 또한 히트 싱크의 큰 시장은 IC의 경우가 전기적으로 절연되는 CPU 및 GPU에 대한 것입니다.

폴리머 방열판에 대한 언급이 필요합니다. 폴리머 방열판은 그리 드물지 않습니다. 나는 한 번에 산업, 자동차, 프로슈머 제품의 폴리머 방열판을 접하게됩니다. 그들은 두 번째 기계적 목적 (인클로저, 브래킷, 램프의 반사기)을 가질 수 있기 때문에 종종 방열판으로 인식하기가 어렵습니다. 이 방열판은 항상 맞춤형 사출 성형 부품입니다.

$\mathrm{20 \frac {W} {m\cdot K} }$$\mathrm{200 \frac {W} {m\cdot K} }$

E2는 플라스틱입니다 ( 소스 )

이 오래된 답변에 대한 추가 토론 .

방열판에 관한 것은 궁극적으로 열, 전도 및 복사를 처리하는 두 가지 방법이 있다는 것입니다.

결국, 당신의 emmisivity가 합리적으로 1에 가깝다고 가정하면 (실제로 HOT를 실행할 수 있고 방사선으로 인한 전력 손실이 절대 온도의 네 번째 힘), 주변 냉각 매체와 공기가 잘 접촉되도록 할 수 있습니다 (공기 , 물, 무엇이든), 당신이 그것을 만드는 것은 조금만 중요합니다 (그 인터페이스는 방열판의 대량 열전도율이 아니라 성능의 킬러입니다).

이제 방열판을 설계하여 열이 합리적으로 효율적으로 통과하고 많은 전력 플럭스 밀도가있는 지역에서 다른 것이 아닌 동맹국을 위해 주장 할 수있는 많은 양의 금속이있는 경우 델타 T를 낮게 유지하려면 가장 저렴합니다.

히트 스프레더 또는 절연 와셔의 경우 물론 다릅니다. 전력 플럭스 밀도가 매우 높고 최소 열 저항이 매우 좋은 곳에서 정의에 따라 히트 스프레더가 사용 되므로이 역할에서 일반적으로 구리를 사용합니다.

절연체의 경우 전기 절연체이기도 한 우수한 열 전도체가 일반적이지 않기 때문에 이국적인 재료가 사용됩니다. 따라서 질화 붕소, 알루미나, 베릴륨 산화물 (!) 등은 모두 여기에서 서비스를 볼 수 있습니다. 다이아몬드를 사용하는 사람에 의해 충격을받을 수 있습니다 (아마 이상한 RF 장치에서).

기술적 인 관점에서 볼 때 아이솔레이터 패드가 내장 된 방열판을 제조 할 수 있습니다. 그들이하지 않는 이유는 경제학입니다.

다른 기계적, 전기적 및 열적 선택 사이에는 많은 다른 조합이 있습니다. 아이솔레이터와 히트 싱크가 부품이라면 공급 업체는 훨씬 더 많은 고유 부품 번호를 확보해야합니다.

아이솔레이터와 방열판을 고유 한 제품으로 고려하여 사용자는 더 많은 선택을 할 수 있습니다.

다음은 고려해야 할 사항입니다.

1) 대부분의 경우 사용자는 방열판과 뜨거운 구성품 사이에 간격 패드를 사용하여 기계적 공차를 느슨하게합니다. 이것은 각 사용자가 패드의 두께를 다르게하고 싶어한다는 것을 의미합니다.

2) 열 차단기 패드 재질은 거친 표면에 얼마나 잘 맞을 수 있는지가 다릅니다. 재료가 얼마나 부드러 우며 열이 얼마나 잘 전달되는지간에 종종 거래가 이루어집니다.

3) 사용자마다 전압 측면에서 다른 절연 요구 사항이 있습니다. 절연 전압, 재료 두께 및 열 저항 사이에는 트레이드 오프가 있습니다.

3) 방열판과 부품 사이에 절연체를 추가하면 열 저항 측면에서 불이익을받습니다. 절연 층을 사용할 수 없다면 그 경우 최고의 열 성능을 얻을 수 있습니다.

가장 좋은 타협은 절단 또는 구멍을 뚫을 수는 없지만 충분한 비용으로 높은 정격 전압 [kV / mm]을 가진 매우 얇은 대 면적 층을 만드는 것입니다.

열 전도성 절연체 특성은;

Cost-effective
Resistant to tears and cut-through
High dielectric strength
UL94 VO rated options available
Low ageing rate: Pads do not dry out, ooze out or crack  
Gap Filling, if burrs, roughness or planarity is a problem
Compatibility (gas sensors must be non-silicone and LED interfaces must be non-organic)
Low dielectric constant for capacitance load on collector/drain tabs on high dV/dt high voltage drivers

모든 전기 절연체는 "유전체"입니다. 모든 방열판은 우수한 열 전도체입니다.
그러나 고체에서는 우수한 특성을 모두 갖는 것이 비용이 많이들 수 있습니다. 가능한 용액을 만들기 위해 압력 하에서 유체를 회전시키는
상 변화 물질 .

CPU는 매우 평평한 특성으로 인해 세라믹 유리를 방열판의 열 상단으로 사용하는 경향이 있습니다.

라인 전압 Triac의 경우 Mica 는 5kV 펄스 보호 및 열 그리스를 사용한 열 전도에 가장 적합한 재료였습니다.

변압기 오일과 같은 유전체 유체는 열 흐름이 좋은 단열재입니다.

재료 비교를위한 장점 그림 열 전도성 절연체 사용;

열전도율 [W / mK] ,
두께 [um] , 쇼어 경도 [00] ,
유전체 강도 [kV / mm] 및
열 임피던스 [˚C-cm² / W]

$\frac{V}{mm} \cdot \frac{°C\cdot mm}{W}$$\frac{kV}{mm} /\frac{W}{m-K}$

전통적인 솔루션; Mica, 3M 테이프 및 일부 폴리머 테이프였습니다.

Aavid Thermalloy의 가장 경제적 인 솔루션은 다음과 같습니다.

서멀 실 III

  uses finely woven glass cloth with a silicone elastomer binder 0.152mm thick
  Dielectric Strength :  26 kV/mm     
  Thermal Conductivity: 0.92 W/m'C   
  UL 94V-0

강제 공기 열 제거의 경우 계산하는 CFM이 아니라 종종보고되며 오히려 평균 [m / s]로 냉각을 제어하는 ​​난류 표면 공기 속도입니다.

이 두 매개 변수의 곱은 최상의 재료 특성으로 이어지지 만 가장 저렴한 것은 아닙니다.

실제로 좋은 해결책이 있습니다 : 알루미늄. 양극 처리 된 알루미늄. 양극 처리는 표면을 절연체 인 산화 알루미늄으로 바꿉니다. 희소식 : 주변 지역으로 열을 전달할 수 있도록 표면적이 증가합니다. 나쁜 소식 평평하고 매끄러운 표면이 아니므로 열을 발생시키는 전원 장치에 접촉하십시오. 해결책 : 열 화합물 (일명 "그리스"). 중요 사항 : 알루미늄을 양극 처리하는 방법에는 여러 가지가 있습니다. 예쁜 물건의 대부분은 "클래스 I"이며, "클래스 II"는 적당히 어렵다. 당신은 클래스 II를 사용할 수있는 경우 가 냉각 될 수있는 장치의 상대적인 움직임입니다 및 이 단단하게 방열판에 고정되어 및 더 버이나 긁힘이없는이 잘 작동합니다. 너무 많은 " if "s & "그런 다음 "Class III"양극 처리는 원하는 것입니다. 고르지 않은 색을 띠고 검은 색은 갈색 또는 자 빛을.니다. 거의 다이아몬드처럼 단단하고 긁힘이 거의 없습니다. 그리스가 필요합니다. 합리적인 전압에서 절연체가 없음 군용 및 항공 우주 산업은 얇은 (~ 0.025 ") 양극 처리 된 와셔 (펀칭 된 운모 TO-3 절연체와 유사) 또는 전체 인클로저 (미사일 생각)와 같이 50 년 이상 동안 이것을 사용했습니다. 현재는 찾기가 어렵고 다른 솔루션보다 비용이 많이 들지만 잘 작동합니다.

"그리스"의 경우 Dow, Shin-Etsu, Fuji-Poly 또는 Saint-Gobain의 실리콘 (석유 기반 아님), 산화 알루미늄 (아연 산화물 아님)을 사용하십시오. 오버 클러킹 PC '게이머'사용을위한 부티크 실버 및 구리 기반 제품은 비싸고 전도성이 있습니다. Class III 양극 처리는 현재 운반중인 물건 위로 이동하거나 떨어지거나 말리거나 가루가 나지 않는 등 괜찮습니다 (사용하지 마십시오). 많은 열을 그리스와 결합해야하는 경우, 베릴륨 산화물은 알루미늄 산화물보다 몇 배 더 좋습니다. 그것을 석면처럼 취급하십시오 : 핥지 말고 먹지 말고 숨을 쉬지 마십시오. 피부 자극이 있으므로 장갑을 착용하고 "유독성 마녀 사냥"의 맹공격을 준비하십시오. 이 그리스는 장치에서 두께가 0.0001 "~ 0.0005"(반투명) 일 필요가 있습니다. 작은 플라스틱 또는 금속 스퀴지로 바르십시오. 생산량에는 스텐실 (납땜 페이스트에 사용되는 것과 동일한 유형의 스텐실 재료 ~ 0.005 "SS)과 스퀴지를 사용하십시오.

장착 영역에 얇은 세라믹 코팅이 된 방열판을 보았지만 Cte의 차이점이 문제이며 얇은 세라믹을 깨뜨릴 수 있습니다.

이것이 도움이되기를 바랍니다. 전자와 전자 구멍 사이에서 40 년 이상의 방황에서 이것을 얻었습니다.

전반적으로 나는 현장에서 "마모"를 피하고 결과적으로 고가의 교체가 결정 성 방열판을 피하는 일반적인 응용의 주요 이유라고 생각합니다. 현장에서 금속 방열판이 절대로 고장 나지 않는다고 말하지 않습니다. 그러나 일반적으로 현장에서 금속 히트 싱크를 대체하는 것은 크리스탈 히트 싱크에 비해 훨씬 저렴하고 덜 전문화 된 장비를 필요로합니다.

즉, 결정 성 히트 싱크는 일반적으로 성형에 비용이 많이 들고 열 및 기계적 응력으로 인해 일부 파손이 발생할 수 있습니다. 특수 히트 싱크 공장에서 발생한 모든 경우 여전히 허용 가능한 총 비용 내에서 유지 될 수 있습니다. 그러나 최종 애플리케이션 제조업체가 히트 싱크를 트림 등으로 다듬어야하는 경우는 드물지 않습니다.

현장 적용 분야에서 두 번째로 많은 히트 싱크는 열 및 기계적 충격 및 진동을 경험하여 결정 성 히트 싱크의 100 % 생존율을 벗어날 수 있습니다. 반면에 오래된 금속 방열판은 상당히 남용되고 구부러 질 수 있습니다. 일부는 더 큰 어셈블리의 외부 섀시에 대한 기계적 고정 지점으로 2 차적으로 사용됩니다.

또한 결정 성 방열판의 경우 패스너가 방열판 대신 고장 점이 될 수 있습니다. 더 부드러운 패스너는 방열판의 진동 손상을 완화 시키지만 동일한 진동과 굴곡으로 인해 점차적으로 깎입니다.

따라서 결정 성 방열판은 스마트 열 차단 및 경보를 가정하여 현장에서 가끔 수리 항목이 될 수 있습니다. 이제 현장에서 필요한 특수 도구와 일반 기술이 교체를 시도 할 때 어떤 종류의 파손 률이 적용될 수 있는지 생각하십시오. 히트 싱크는 많은 군단, 정부 및 개인 고객이 회로가 아닌 경우에도 현지 기술 담당자가 처리 할 것으로 기대합니다. 렌치 일뿐입니까?