رقائق الألومنيوم مكدسة بالوعة الحرارة الزعانف

01/19 2026

المشتت الحراري ذو الزعانف المكدسة برقائق الألومنيوم: بنية مرنة للتصميم الحراري الحديث

في معظم مراجعات التصميم، يتم التعامل مع المشتتات الحرارية على أنها ذات هندسة ثابتة: مقطوعة، ومشغولة آليًا، ومبثوقة، وربما مربوطة. إن المشتت الحراري ذو الزعانف المكدسة برقائق الألومنيوم يكسر هذا الافتراض. فبدلاً من أن يكون جسمًا صلبًا واحدًا، فهو عبارة عن بنية متعددة الطبقات - مئات من رقائق الألومنيوم فائقة الرقة مكدسة أو مجوفة في غابة كثيفة من الزعانف، ثم يتم تثبيتها معًا عن طريق اللحام بالنحاس أو الترابط الانتشاري أو مواد لاصقة عالية الموثوقية.

من مسافة بعيدة يبدو مثل أي كتلة ذات زعانف أخرى. عن قرب، يتصرف مثل الأوريجامي المعدني: مساحة سطح كبيرة، وسلوك تدفق هواء قابل للضبط، وهيكل يمكن تصميمه بشكل مستمر تقريبًا بدلاً من نحته من قطعة معدنية متجانسة.

أدناه، سننظر إلى هذه التكنولوجيا ليس كجزء من السلعة، ولكن كمنصة حرارية معيارية تستبدل الكتلة بهندسة دقيقة يمكن التحكم فيها، مما يتيح الأداء الذي تكافح المشتتات الحرارية التقليدية لمطابقته بسرعات الهواء المنخفضة إلى المتوسطة.

العمارة: مساحة السطح كتصميم بدائي

في المشتت الحراري للزعانف المكدسة برقائق الألومنيوم، لا يقتصر متغير التصميم الأساسي على سمك الزعنفة أو التباعد فحسب؛ إنه سلوك تدفق الهواء المحلي بين الرقائق الرقيقة جدًا ومعامل نقل الحرارة الناتج. تتراوح سماكة الرقائق النموذجية من حوالي 0.05 إلى 0.3 مم، وهي أرق بكثير من زعانف الأحواض المبثوقة أو المجهزة آليًا.

يسمح سمك الزعنفة المنخفض للغاية بما يلي:

• كثافة زعانف أعلى (المزيد من الزعانف لكل وحدة عرض)
• مساحة سطحية مبللة أكبر بكثير لنفس الحجم
• انخفاض المقاومة الحرارية عند انخفاض الضغط المتواضع

عندما يكون للحوض المبثوق مسافة زعانف تبلغ 2-4 مم، يمكن أن تنخفض مداخن الرقائق بسهولة إلى أقل من 1 مم مع الاستمرار في التحكم في انخفاض الضغط من خلال أنماط فتحات التهوية، أو شرائح الزعانف المتوازنة، أو الأشكال الهندسية المدببة.

بدلاً من اختيار ملف تعريف زعانف واحد وتثبيته للمكون بأكمله، يمكن للمهندسين تغيير شكل الرقاقة في المناطق: أكثر كثافة في النقاط الساخنة، وأكثر انفتاحًا عندما يكون انخفاض الضغط أمرًا بالغ الأهمية، أو مع فتحات صغيرة لتعزيز الاضطراب في مناطق معينة من تدفق الهواء.

يصبح المشتت الحراري أقل من كتلة سلبية وأكثر من عنصر نحت التدفق الذي يتفاعل بشكل متعمد مع هواء التبريد.

المادة والمزاج: لماذا تتصرف رقائق الألومنيوم بشكل مختلف

يعمل تنسيق الرقائق الرقيقة على تضخيم دور اختيار السبائك والمزاج. في تصميمات الزعانف المكدسة، أنت لا تختار "الألومنيوم" فحسب؛ أنت تختار مزيجًا من التوصيل الحراري، وقابلية التشكيل، والقوة عند درجة حرارة اللحام، والثبات بعد اللحام.

عائلات السبائك/المزاج الشائعة لزعانف الرقائق:

• سلسلة 1xxx (على سبيل المثال، 1100-O): موصلية عالية جدًا، وقابلية تشكيل ممتازة، وناعمة نسبيًا
• سلسلة 3xxx (على سبيل المثال، 3003-H14 أو 3003-O): توافق جيد بين التوصيل والقوة وقابلية اللحام
• تعد سلسلة 6xxx أقل شيوعًا بالنسبة للرقائق فائقة الرقة نظرًا لحدود التشكيل عند السماكات الصغيرة

مقارنة الخصائص التمثيلية في درجة حرارة الغرفة:

* تظهر سلسلة 8xxx في بعض منتجات الرقائق المتخصصة ويمكن استخدامها عند الرغبة في تشكيل محدد وتوازن قوة.

اختيار المزاج هو عمل متوازن. من السهل تشكيل المواد الأكثر ليونة مثل O إلى أشكال معقدة ذات فتحات تهوية دون أن تتشقق ويمكن أن تتوافق جيدًا مع تركيبات اللحام بالنحاس. تساعد درجات الحرارة الأكثر صلابة مثل H14 في الحفاظ على استقامة الزعانف وصلابتها أثناء التجميع والتعامل ولكن يجب إدارتها بعناية أثناء اللحام بالنحاس أو الربط بدرجة حرارة عالية لتجنب التليين المفرط.

نظرًا لأن الرقاقة رقيقة جدًا، فحتى الإضافات البسيطة في صناعة السبائك أو تغيرات المزاج يمكن أن تغير بشكل كبير حدود التشكيل، والارتداد الخلفي، ومقاومة الاهتزاز. وبعبارة أخرى، فإن علم المعادن هنا أكثر أهمية من الكتلة الثقيلة المبثوقة.

طرق الانضمام: المحرك الخفي للموثوقية

تعتبر المشتتات الحرارية ذات الزعانف المكدسة جيدة مثل مفاصلها. بين اللوح الأساسي والرقائق، ومن الرقائق إلى الرقائق (في بعض التصميمات)، تحدد طريقة الربط كلاً من كفاءة المسار الحراري والسلامة الميكانيكية على المدى الطويل.

تشمل أساليب الانضمام ما يلي:

• اللحام بالنحاس في الغلاف الجوي المتحكم فيه (CAB): شائع مع زعانف سلسلة 3xxx على قواعد 3xxx أو 6xxx باستخدام طبقة الكسوة. إنه ينتج رابطة معدنية مع اتصال حراري ممتاز ومقاومة جيدة للتعب.
• اللحام بالفراغ: يُفضل عندما تكون هناك حاجة إلى وصلات خالية من التدفق، أو أسطح أكثر نظافة، أو سلامة أعلى (على سبيل المثال، الفضاء الجوي، وإلكترونيات الطاقة عالية الموثوقية).
• عمليات ربط الانتشار أو الحالة الصلبة: تستخدم في التطبيقات المتطورة المتخصصة التي تحتاج إلى واجهات نظيفة للغاية أو أشكال هندسية صفائحية غير عادية.
• المواد اللاصقة عالية الموصلية: مقبولة للتصميمات منخفضة الطاقة والحساسة للتكلفة، ولكن مع مقاومة واجهة حرارية أعلى ومزيد من القلق بشأن التقادم وإطلاق الغازات.

سلوك التدفق: تحويل القيود الصفائحية إلى أداة تصميم

في الأحواض التقليدية ذات الزعانف الأكثر سمكًا، عادةً ما يعني دفع الأداء زيادة سرعة الهواء أو اللجوء إلى الاضطراب القسري باستخدام المراوح أو هندسة المنفاخ. في أكوام الرقائق، يمكنك بدلاً من ذلك التعامل مع الهندسة الدقيقة لتشكيل مجال التدفق داخل مصفوفة الزعانف.

باستخدام زعانف شريطية أوفست، أو فتحات مثقوبة، أو علامات تبويب متداخلة في الرقاقة، يمكن للمصممين:

• تعزيز الاضطرابات المحلية بسرعات كبيرة منخفضة نسبيًا
• تعطيل طبقات الحدود الحرارية بشكل متكرر على طول مسار تدفق الهواء
• إعادة توزيع التدفق للوصول إلى المناطق التي قد تتعرض للركود

وهذا مهم بشكل خاص في التطبيقات التي تكون فيها طاقة المروحة مقيدة أو حيث تحد الضوضاء من تدفق الهواء - مثل محطات الاتصالات الأساسية وإلكترونيات الطيران والمعدات الطبية. يتحول المشتت الحراري إلى مولد اضطراب سلبي يعملمعتدفق الهواء المحدد بدلاً من الاعتماد على التبريد بالقوة الغاشمة.

علاوة على ذلك، يمكن توجيه أو ضبط زعانف الرقائق المكدسة لأنظمة تدفق محددة:

• من أجل الحمل الحراري الطبيعي في الغالب، تحافظ أنماط الزعانف الأطول والأكثر انفتاحًا مع الحد الأدنى من إعاقة التدفق على التيارات التي تحركها الطفو.
• بالنسبة للحمل الحراري القسري المعتدل، تعمل التصميمات ذات فتحات التهوية الدقيقة على زيادة معامل نقل الحرارة الفعال بشكل كبير دون فرض عقوبات كبيرة على الضغط.

إن المرونة في تكييف مجال الزعانف لظروف التدفق الفعلية هي القوة العظمى الهادئة للهندسة المعمارية القائمة على الرقائق.

التطبيقات: حيث تكتسب الزعانف المكدسة من الرقائق المعدنية مكانتها

تتفوق هذه المشتتات الحرارية عندما تكون المساحة أو الوزن أو تدفق الهواء مقيدة، وحيث تكون الهوامش الحرارية ضيقة. تشمل التطبيقات التمثيلية ما يلي:

• وحدات إلكترونيات الطاقة: في محولات EV، ومحولات DC-DC، ومحركات الأقراص الصناعية عالية الكثافة، تقوم مكدسات الرقائق بإدارة الألواح الأساسية المحملة بالنقاط الساخنة مع خلوص رأسي محدود. يمكن تصنيع اللوحة الأساسية أو صبها من 6061-T6 أو 6082، مع زعانف رقائق 3003-O ملحومة بالنحاس في الأعلى، مما يوفر مقاومة منخفضة للوصلة إلى الهواء مع قوة مروحة متواضعة.

• أجهزة الترددات اللاسلكية والاتصالات: غالبًا ما تواجه أجهزة راديو المحطات الأساسية ومكبرات الصوت التي تعمل بالموجات الدقيقة والمرفقات الخارجية حدود طاقة المروحة والتعرض للغبار وسقوف الوزن الصارمة. تفتح زعانف الرقائق الرقيقة مساحات كبيرة من الأسطح بملامح مخصصة لتوجيه تدفق الهواء من المنافيخ الصغيرة والهادئة.

• إلكترونيات الطيران والفضاء: تستخدم التصميمات ذات الوزن الحرج مكدسات الرقائق كأحواض مستقلة مبردة بالهواء وكهياكل جانبية للهواء مرتبطة بألواح باردة مبردة بالسائل. يمكن تشكيل بنية الرقائق لتتوافق مع أشكال الاهتزاز القاسية باستخدام درجات حرارة أقوى وخطوط مشتركة مصممة بعناية.

• وحدات إضاءة LED والليزر: تستفيد المصادر المدمجة عالية السطوع من مصفوفات الرقائق المعدنية التي تتلاءم مع العلب الرفيعة مع الحفاظ على مقاومة حرارية منخفضة. غالبًا ما يتم إقرانها بسبائك الألومنيوم المتخصصة المُحسّنة لتكامل الوحدة الضوئية.

• وحدات التدفئة والتهوية وتكييف الهواء (HVAC)، وخلية الوقود، ووحدات البطارية: تعمل الزعانف المكدسة من الرقائق المعدنية على طمس الحدود بين "المشتت الحراري" و"المبادل الحراري"، خاصة عند وجود تدفق حراري ثنائي الاتجاه أو واجهات متعددة السوائل. في مثل هذه الحالات، يعمل المصفوفة كواجهة هيكلية وحرارية، وفي بعض الأحيان يجمع بين مسارات الهواء والسائل في مجموعة مغلفة.

في العديد من هذه البيئات، تعد المتانة في ظل التدوير الحراري والرطوبة والاهتزاز مهمة مثل الأداء الحراري الخام. هنا، يضمن الاختيار الدقيق للجدول الزمني للسبائك والمزاج والنحاس عدم تشوه المكدس أو تشققه أو تعبه قبل الأوان.

اعتبارات التصميم: ما وراء المقاومة الحرارية البسيطة

إن تقييم المشتت الحراري ذو الزعانف المكدسة برقائق الألومنيوم يعني التفكير بما يتجاوز رقم "درجة مئوية/ث" واحد. وجهة نظر مميزة وأكثر واقعية تتعامل مع المشتت الحراري كنظام يقوم في نفس الوقت بما يلي:

• يتاجر بكثافة الزعانف ضد انخفاض الضغط والضوضاء
• يستخدم السبائك والمزاج لضبط التخميد الميكانيكي ومقاومة الصدمات
• يدمج قيود التصنيع (التعامل مع الرقائق المعدنية، حدود التشكيل، تشويه اللحام بالنحاس) في قواعد التصميم
• يتوقع التعرض البيئي: التآكل والتكثيف والتلوث بالجسيمات

على سبيل المثال، قد يحقق التصميم ذو الكثافة العالية للزعانف أداءً أوليًا مذهلاً في هواء المختبر النظيف، ولكنه يفسد بسرعة في البيئات الصناعية المتربة. في مثل هذه الحالات، فإن الرقائق الأكثر سمكًا قليلًا مع طبقة أكثر انفتاحًا وسبائك مقاومة للتآكل أو طلاء تحويل (على سبيل المثال، التخميل ثلاثي التكافؤ الخالي من الكرومات أو الأكسدة الصلبة على القاعدة) ستوفر أداء أكثر استقرارًا على مدار عمر المنتج.

وبالمثل، بالنسبة للتصميم الذي يخضع لدورة حرارية شديدة، فإن مزيج السبائك/المزاج ذو القوة المعتدلة ولكن الليونة العالية سوف يستوعب التمدد التفاضلي بين اللوح الأساسي والزعانف، مما يقلل من خطر بدء التشقق في الوصلات النحاسية.

في هذا الإطار، لا تعد أنظمة الزعانف المكدسة بالرقائق مجرد "أحواض حرارة أفضل"؛ إنها هياكل حرارية قابلة للضبط ويجب تصميمها بشكل مشترك مع أهداف تدفق الهواء والبيئة والموثوقية.

تشبه المشتتات الحرارية التقليدية المصنوعة من الألومنيوم الحجر المنحوت: قوية، ومألوفة، وثابتة. تعد المبددات الحرارية ذات الزعانف المكدسة برقائق الألومنيوم أقرب إلى النسيج الهندسي - المنسوج من طبقات معدنية رقيقة، تم تشكيلها بواسطة الهندسة والعمليات المحلية، ومصممة خصيصًا لتدفقات وقيود محددة.

وتظهر قيمتها عندما يتبنى المصممون هذه الطبيعة الشبيهة بالنسيج، باستخدام اختيار السبائك، والتحكم في درجة الحرارة، والهندسة الدقيقة للزعانف، وتقنيات الانضمام ليس كأفكار لاحقة ولكن كأدوات تصميم نشطة.

من هذا المنطلق، فإن المشتت الحراري للرقائق المكدسة ليس مجرد وسيلة لتعبئة المزيد من الزعانف في نفس المساحة؛ إنها بنية حرارية مرنة تحول الألومنيوم إلى واجهة مضبوطة بدقة بين الإلكترونيات والهواء، وهي مُحسّنة لعالم التشغيل الحقيقي بدلاً من ظروف المختبر المثالية.

https://www.al-sale.com/a/aluminum-foil-stacked-fin-heat-sink.html