ในการใช้งานที่แตกต่างกัน การตัดสินใจทางวิศวกรรมเกี่ยวกับโซลูชันที่เหมาะสมที่สุดสำหรับแผงระบายความร้อนอาจขึ้นอยู่กับต้นทุนและประสิทธิภาพ ตามทฤษฎีแล้ว การได้ผลิตภัณฑ์ที่มีต้นทุนต่ำที่สุดเพื่อให้ตรงตามข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพดูเหมือนเป็นเรื่องง่าย ในความเป็นจริง ลูกค้ามักเลือกที่จะเปลี่ยนข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพ (โดยใช้ชิปที่แตกต่างกัน) หรือเสียสละประสิทธิภาพบางส่วน (เช่น ชิปที่เสื่อมลงตามเงื่อนไข) เมื่อเผชิญกับราคาที่สูง
บทความนี้จะเปรียบเทียบแผงระบายความร้อนหลายตัวที่ใช้ท่อความร้อน/ห้องไอเพื่อบ่งชี้ประสิทธิภาพและราคา:
ประสิทธิภาพ: ใช้แพ็คเกจซอฟต์แวร์ FloTHERM CFD เพื่อคำนวณประสิทธิภาพแผงระบายความร้อนโดยรวม Δ T
ต้นทุน: สมมติว่าขนาดแบตช์มีขนาดใหญ่เพียงพอ ต้นทุนการลงทุนของแม่พิมพ์แข็งจะไม่สะท้อนให้เห็นในราคาต่อหน่วย นอกจากนี้ ราคาต่อหน่วยยังสัมพันธ์กับโซลูชันต้นทุนต่ำสุด (1 เท่า, 1.1 เท่า ฯลฯ) เนื่องจากการเพิ่มขนาดแบทช์จะทำให้ต้นทุนต่อหน่วยลดลง
พารามิเตอร์การออกแบบฮีทซิงค์
กำลังแหล่งความร้อน: 250 วัตต์
ขนาดแหล่งความร้อน : 30 x 30 มม
อุณหภูมิแวดล้อมสูงสุด: 25 องศา
อัตราการไหลของอากาศ: 40 ลูกบาศก์ฟุตต่อนาที (CFM)
คอนเดนเซอร์ : สแน็ปอินฟิน ขนาด 115*85*65 มม
เริ่มจากการออกแบบขั้นพื้นฐานที่สุดแล้วค่อยๆ เจาะลึกกระบวนการที่ซับซ้อนเพื่อดูว่าการออกแบบส่งผลต่อประสิทธิภาพและต้นทุนอย่างไร
1. ฮีทไปป์ความร้อนจากอลูมิเนียมหรือทองแดง
ฮีทซิงค์ท่อความร้อนฐานอลูมิเนียมรูปตัวยู
นี่คือการออกแบบหม้อน้ำท่อความร้อนแบบดั้งเดิมที่สุด ท่อความร้อนรูปตัว U สี่ท่อเชื่อมกับฐานอะลูมิเนียมหรือทองแดง จากนั้นสัมผัสกับแหล่งความร้อน ความร้อนจะต้องผ่านฐานก่อนจึงจะไปถึงท่อความร้อนได้
นอกเหนือจากการดัดงอแล้ว ไม่มีการดำเนินการขั้นที่สองอื่นๆ กับท่อความร้อนขนาด 6 มม. สี่ท่อ แม้ว่าพื้นที่สัมผัสระหว่างท่อความร้อนและฐานในตัวอย่างนี้จะแบนเล็กน้อย
CFD ของหม้อน้ำท่อความร้อนฐานอลูมิเนียม
แบบจำลอง FloThermal แสดงให้เห็นว่าอุณหภูมิแผงระบายความร้อนสูงกว่าอุณหภูมิโดยรอบ 53.9 องศา (อุณหภูมิสูงสุดอ้างอิง 78.9 องศา -25 องศา=- อุณหภูมิแวดล้อม) และเราใช้อุณหภูมินี้เป็นเกณฑ์มาตรฐานด้านประสิทธิภาพด้วย เกณฑ์มาตรฐานต้นทุนที่กำหนดเป็น 1 ครั้ง
หากต้องการประสิทธิภาพที่สูงกว่า สามารถใช้ฐานทองแดงแทนฐานอะลูมิเนียมได้ ค่าการนำความร้อนของฐานทองแดงเป็นสองเท่าของฐานอลูมิเนียม ดังนั้นประสิทธิภาพของฐานทองแดงจึงได้รับการปรับปรุง 2.3 องศา การออกแบบฐานทองแดงทำให้ต้นทุนเพิ่มขึ้น 5% เมื่อเทียบกับฐานอลูมิเนียม และยังมีน้ำหนักเพิ่มขึ้นเล็กน้อยอีกด้วย
2. หม้อน้ำฮีทซิงค์แบบสัมผัสโดยตรง
หม้อน้ำท่อความร้อนสัมผัสโดยตรง
การออกแบบนี้ช่วยให้สามารถสัมผัสโดยตรงระหว่างแหล่งความร้อนและท่อความร้อน จึงช่วยลดฐานดูดซับความร้อนและวัสดุเชื่อมต่อ (บัดกรีที่ใช้เพื่อยึดท่อความร้อนเข้ากับฐาน) อย่างไรก็ตาม เพื่อให้ได้พื้นผิวเรียบที่จำเป็น จะต้องตัดเฉือนท่อความร้อน (การทำงานรอง)
CFD ของหม้อน้ำท่อความร้อนแบบสัมผัสโดยตรง
เนื่องจากการสัมผัสโดยตรงระหว่างท่อความร้อนและแหล่งความร้อน ประสิทธิภาพของการออกแบบแผงระบายความร้อนนี้จึงได้รับการปรับปรุงเป็น 49.3 องศา ซึ่งสูงกว่าเกณฑ์มาตรฐาน 4.6 องศา และสูงกว่าการออกแบบโดยใช้ฐานทองแดง 2.3 องศา อย่างไรก็ตาม จำเป็นต้องมีการประมวลผลฐานเพิ่มเติม (การฝังร่องของท่อความร้อน) และการประมวลผลท่อความร้อน ซึ่งเป็นค่าใช้จ่าย 1.1 เท่าของการออกแบบเกณฑ์มาตรฐาน (แพงกว่า 10%)
3. แผ่นระบายความร้อนด้วยแผ่นอุณหภูมิรูปตัว U
แผ่นระบายความร้อนด้วยแผ่นอุณหภูมิรูปตัว U
วิธีการแก้ปัญหานี้จะแทนที่ท่อความร้อนขนาด 6 มม. สี่ท่อด้วยห้องไอรูปตัวยูเพียงห้องเดียว ในแง่ของการออกแบบ ส่วนใหญ่จะคล้ายกับฮีทไปป์ความร้อนแบบสัมผัสโดยตรง ซึ่งทั้งสองอย่างนี้ทำให้ CPU แหล่งความร้อนสัมผัสโดยตรงกับส่วนประกอบแบบสองเฟส ข้อพิจารณาที่สำคัญในการเลือกการออกแบบนี้คือว่าซัพพลายเออร์ตัวระบายความร้อนสามารถผลิตห้องไอแบบรวมได้หรือไม่ เนื่องจากการออกแบบแบบสองชิ้นแบบดั้งเดิมไม่สามารถโค้งงอเป็นรูปตัว U ได้
CFD ของแผงระบายความร้อนแผ่นอุณหภูมิรูปตัวยู
เมื่อเปรียบเทียบกับการออกแบบท่อความร้อนแบบสัมผัสโดยตรง ประสิทธิภาพของโซลูชันฮีทซิงค์ vc ได้รับการปรับปรุงขึ้น 21.5% (11.6 องศา ) ในขณะที่ต้นทุนเพิ่มขึ้นเพียง 4.55% เท่านั้น อย่างไรก็ตาม การเพิ่มความหนาของผนังฮีทซิงค์ vc ส่งผลให้น้ำหนักของหม้อน้ำฮีทซิงค์เพิ่มขึ้นประมาณ 75 กรัม
4. แผ่นระบายความร้อนแผ่นอุณหภูมิสม่ำเสมอ 3 มิติ
แผ่นระบายความร้อนแผ่นอุณหภูมิสม่ำเสมอ 3D
ในการออกแบบนี้ แผ่นด้านล่างดูดซับความร้อนเป็นห้องไอที่ใช้เส้นทางไอน้ำร่วมกับท่อความร้อนคอนเดนเซอร์แนวตั้ง ในระหว่างขั้นตอนการผลิต ท่อความร้อนแบบเปิด 8 ท่อจะถูกประสานเข้ากับแผ่นห้องไอที่มีช่องเปิด ห้องไอสัมผัสโดยตรงกับแหล่งความร้อน โดยกระจายความร้อนอย่างสม่ำเสมอไปตามระนาบ XY และกระจายความร้อนไปยังครีบผ่านท่อความร้อนแนวตั้ง
CFD ของแผงระบายความร้อน 3D พร้อมห้องไอ
การออกแบบนี้มีประสิทธิภาพดีที่สุด แต่มีต้นทุนสูง เมื่อเปรียบเทียบกับคู่แข่งที่ใกล้เคียงที่สุด การออกแบบแผ่นฮีทซิงค์ vc รูปตัว U อุณหภูมิลดลงเกือบ 2 องศา (ประสิทธิภาพเพิ่มขึ้น 4.9%) แต่ราคาเพิ่มขึ้นสองเท่า (เพิ่มขึ้น 117%)
อย่างไรก็ตาม ควรสังเกตว่ากรณีนี้ไม่ได้เน้นถึงข้อดีที่เป็นไปได้ของการออกแบบห้องไอ 3 มิติอย่างเต็มที่ เมื่อขนาดแผ่นด้านล่างที่ต้องการเพิ่มขึ้น ความแตกต่างด้านประสิทธิภาพระหว่างโซลูชันนี้กับการออกแบบแผ่นห้องไอรูปตัวยูก็จะเพิ่มขึ้นเช่นกัน
สรุป
ตารางด้านล่างแสดงให้เห็นว่าการเปลี่ยนวัสดุหรือส่วนประกอบสองเฟสของแผงระบายความร้อนสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพได้อย่างมาก จากแผงระบายความร้อนที่ใช้อะลูมิเนียมมาตรฐานไปจนถึงโซลูชันแผ่นฮีทซิงค์ 3D vc ประสิทธิภาพได้รับการปรับปรุงขึ้น 17 องศา แต่ต้นทุนเพิ่มขึ้น 150%
เปรียบเทียบประสิทธิภาพหม้อน้ำและราคา
ด้วยการแทนที่ฐานด้วยวัสดุทองแดงที่มีค่าการนำความร้อนสูงกว่าหรือทำให้ท่อความร้อนสัมผัสโดยตรงกับแหล่งความร้อน จะทำให้สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพในระดับปานกลางได้ประมาณ 7% -15% และต้นทุนเพิ่มขึ้น (สัมพันธ์กับเกณฑ์มาตรฐาน) .
การออกแบบที่มีค่าโดยรวมดีที่สุดเมื่อพิจารณาจากพารามิเตอร์การใช้งานอาจเป็นชุดระบายความร้อนของห้องไอ แม้ว่าจะมีราคาแพงกว่าราคามาตรฐานถึง 15% แต่ประสิทธิภาพก็ดีขึ้น 28% (เพิ่มขึ้น 15.2 องศา)
ป้ายกำกับยอดนิยม: ฮีทซิงค์ 250w พร้อมท่อระบายความร้อน / ห้องไอ จีน ซัพพลายเออร์ ผู้ผลิต โรงงาน กำหนดเอง ตัวอย่างฟรี ทำในประเทศจีน, อ่างล้างจานร้อนอัล, CPU Heat Sink Design, อ่างล้างจานร้อนพร้อมท่อความร้อนทองแดง, อ่างล้างจานระบายความร้อนคุณภาพสูง, OEM Heat Sink, ซิปครีบร้อน
