تصميم مشتت حرارة مبثوق وفقًا لمبادئ الفيزياء

يتولى بثق الألومنيوم تبريد إلكترونيات الطاقة، من العاكسات السلسلية بقدرة 10 kW إلى حزم بطاريات المركبات الكهربائية، لكن فقط عندما يُصمَّم المقطع وفقًا لكلٍّ من مسار الحرارة وحدود مكبس البثق. ويعتمد النهج الصحيح على ما تبرّده: مشتت حرارة IGBT سلبي، أو غلاف عاكس شمسي، أو لوح بارد للبطارية مبرّد بالسائل.

ابدأ بالمواصفة الحرارية. أرسل إلينا الحمل الحراري بالواط، ودرجة حرارة المحيط، وأقصى درجة حرارة للوصلة، ونمط التبريد، سواء أكان الحمل الحراري الطبيعي أو الهواء القسري أو السائل. وإذا كان لديك نموذج CFD فأرسله. وإن لم يكن، فأخبرنا بالقدرة وسنعمل بالاتجاه العكسي للوصول إلى مقطع مناسب.

اختيار السبيكة لإلكترونيات الطاقة

تُعدّ السبيكة 6063-T5 المعيار لمشتتات الحرارة المبثوقة، بموصلية حرارية تبلغ نحو 200 W/m·K وإجهاد خضوع يقارب 145 MPa. وتُستخدم السبيكة 6061-T6 حيث يكون المقطع إنشائيًا أو يتعرض لضغط داخلي مرتفع، والسبيكة 6005A-T6 حيث يكون التجميع ملحومًا. وتمتد عروض المقاطع من 10 mm إلى 300 mm على المكابس القياسية، وحتى 420 mm على مكبس كبير.

هندسة الزعانف وسُمك القاعدة

تبلغ خطوة الزعانف عادةً 2.5 mm أو أكثر، مع 1.5 mm كحد أدنى عملي، ويصل ارتفاع الزعنفة إلى 50 mm كمعيار أو 80 mm بتصميم قالب مخصّص. ويمتد سُمك القاعدة من 2 mm إلى 20 mm؛ أما لتركيب IGBT فتبلغ القاعدة عادةً من 8 mm إلى 15 mm لأنها تنشر الحرارة جانبيًا قبل أن تزيلها الزعانف. ويُضبط التفاوت وفق EN 755-9، مع كمرجع ألماني سابق.

تركيب وحدة IGBT: ما يجب أن تؤديه القاعدة

القاعدة هي واجهة حرارية، وهندستها لا تقل أهمية عن سبيكتها.

• تسطّح السطح: 0.05 mm أو أفضل. وكل 0.01 mm من فجوة إضافية تضيف نحو 0.5 إلى 1.0 K من المقاومة الحرارية.
• خشونة السطح: Ra 1.6 µm أو أدق، حتى ينتشر المعجون الحراري بالتساوي دون تجمّع.
• طريقة التسطّح: التفريز الوجهي بـ CNC بعد البثق. فلا يكفي تسطّح يبلغ نحو 0.2 mm لكل 100 mm كما يخرج من البثق لواجهة أشباه الموصلات.

وحيث يركّز العاكس الحرارة في مواضع محددة بدلًا من توزيعها بالتساوي، يمكننا بثق مجرى نصف دائري في القاعدة لاستيعاب أنبوب حراري، بالأقطار الشائعة 6 mm و 8 mm و 10 mm.

أنظمة VFD و UPS الصناعية

بالنسبة إلى المحركات الصناعية ووحدات UPS، يبلغ تبديد القدرة لكل وحدة عادةً 50 إلى 150 W، مع تبديد إجمالي لمشتت الحرارة يتراوح بين 200 و 800 W حسب قدرة المحرك. وتميل هذه التطبيقات إلى مقاطع أكبر وقواعد أكثر سُمكًا وأسطح تركيب مشغّلة بأنماط ثقوب محددة الموضع بدقة.

الألواح الباردة السائلة لتبريد بطاريات المركبات الكهربائية

ينقل التبريد السائل الحمل الحراري إلى لوح بارد بقنوات داخلية. وتمتد أقطار القنوات المبثوقة من 3 mm إلى 8 mm. وتُغلق القنوات عند الأطراف، ويُعدّ اللحام بالاحتكاك والتقليب الخيار الافتراضي للألواح الباردة في المركبات الكهربائية: إذ تغوص أداة دوّارة في الألومنيوم وتقلّب المعدن إلى رابطة في الحالة الصلبة دون مادة مالئة ودون مسامية، وهي تصمد أمام الدورات الحرارية. وتعمل الألواح الباردة عند ضغط تشغيل من 0.5 إلى 1.5 MPa بمعدل انفجار لا يقل عن 3.0 MPa.

اختبار التسرب والتشطيب السطحي

يُختبر كل لوح بارد بالضغط عند 250 kPa لمدة 60 ثانية مع تسرّب أقل من 30 Pa. وتشمل التشطيبات السطحية: تشطيب المصنع، والأكسدة السوداء بمعامل انبعاثية من 0.85 إلى 0.90، والأكسدة الصلبة، والسفع الرملي. ويبلغ سُمك الأكسدة من 10 إلى 25 µm وفق ممارسة Qualanod.

الطلب والمهل الزمنية

الطول القياسي 6 m مبثوقًا، يُقطع بالطول ابتداءً من 100 mm. والحد الأدنى للطلب 500 kg. ومهلة الوصول إلى أول عيّنة على قالب جديد من 10 إلى 15 يوم عمل، ومن 7 إلى 10 أيام عمل للطلبات المتكررة. أرسل الرسم مبكرًا حتى تجري مراجعة قابلية التصنيع قبل قطع الأدوات. ويجري الإنتاج في إطار نظام جودة ISO 9001:2015.