冷却能力提高30%的芯片冷却器

SEPA EUROPE 和 APWORKS 正在合作开展一个联合项目。目标是实现更高的单位体积冷却能力。SEPA EUROPE 的 HXB 系列芯片冷却器 - 紧凑型风扇/散热器- 包括一个针翅式散热器 （Kühligel） 和一个合适的安装风扇。这种价格极具吸引力的组合非常理想，可为许多应用提供足够的冷却能力。然而，SEPA EUROPE 的开发工程师并不满足，而是继续推进他们的想法，最终标志着 3DQler 的诞生。

是时候改进解决方案了

中小数量的特殊应用，在每个安装空间累积的冷却能力方面真正达到了极限。冷却的标准解决方案不再足够。需要改进 HXB 的解决方案。然而，风扇作为一个有源组件是不受欢迎的。但为什么会这样呢？

值得考虑

根据环境温度 40°C 计算，当今现代风机的统计使用寿命至少为 40000 小时（hypro 轴承，L10）甚至 70000 小时（球轴承，L10）。假设电子设备的典型使用寿命约为 8 年，那么风扇在连续运行且环境温度持续较高的情况下的预期使用寿命实际上是其四倍。在现代冷却概念中几乎没有理由不使用风扇，特别是因为涉及主动冷却的安装空间的结构自由度是巨大的，因此可以降低成本。因此，值得重新考虑这种方法。

优化的散热片

研究开始于散热器及其材料，并以新想法进行了首次测试。然而，对改进的 HXB 冷却器的第一次测量显示，冷却能力没有显着变化。参观展览提供了决定性的动力。它标志着 SEPA EUROPE 与 APWORKS 合作的开始。APWORKS 的金属 3D 打印（增材制造），首次允许考虑生产更复杂的散热器，进而实现改进的 HXB。

全新的可能性

APWORKS 在随后的模拟中设计了四个不同的概念，这些概念都基于 3D 打印的散热器。这个过程实现了全新的设计可能性。通过成型制造散热器的自由度与以往一样好且价格合理，但它限制了增加用于冷却目的的表面并因此对其进行优化的范围。从四种不同的模拟结果中，选择并生成了两种具有复杂 3D 结构的解决方案，用于实验室的后续测量。APWORKS 随后优化了生产平台上散热器的布置，以便在批量生产中使用 3D 打印时将价格保持在可接受的水平。

标准化测量设置

SEPA EUROPE GmbH 实验室中的测试设置基于我们自己的标准化测量设置，以便获得与之前标准针翅式散热器设置相比的值。电热源模拟功率耗散。热元件插入铜散热器侧面的一个小孔中，用于测量系统温度。

图 1：测量设置

散热器（图 2）和风扇作为一个系统一起保证了 1.5 K/W 的典型热阻。

图 2：标准散热器（HXB 冷却器）

3D 打印散热器（图 3）和风扇作为一个系统一起保证了 1.07 K/W 的典型热阻。

图 3：3D 打印的新型散热器

惊人的结果

测量结果表明，在相同外形尺寸和相同风扇的情况下，针对 3D 打印工艺优化的芯片冷却器比之前在冷成型工艺中制造的模型效率高约 30%。毫无疑问，由于巨大的表面扩大，可以从物理角度合理解释的结果引起了一些惊喜。就安装空间相同的优化而言，期望更加低迷。

排除材料断裂

随后改进了风扇的安装技术。印刷散热器的材料特性显示出明显比挤压部件更硬的结构。为了进一步使用专为 SEPA EUROPE 生产的螺钉，必须调整螺钉的固定装置以避免材料断裂。为此，在选择最佳解决方案之前，设计、3D 打印和测试了四个不同的安装点。

考虑生态要求

在过去几年中，SEPA EUROPE 扩大了其用于嵌入式系统中电子元件冷却的产品范围。还考虑了生态要求，因为不仅可以在具有相同或改进效果的情况下显着减少电力输入，而且还可以减少原材料的使用。“热点”的冷却通常是小型设备的问题，而不是所有组件产生的热量的消散。被动冷却需要的散热器体积大约是风扇支持冷却的五倍，并且在可用的有限空间中几乎无法容纳。得益于现代主动冷却，设备总体上可以更小、更轻、更便宜，而不会牺牲质量。这是通过生产大量改进的轴向、径向和径向风扇和新的、单独设计的散热器和附件。与此同时，这些新组件中的许多都是标准化的并且有现货，但经验表明，客户特定的版本通常是不可避免的。

为个别应用提供更大的灵活性

散热器的增材制造显示出其巨大的优势，特别是在满足客户特定设计的要求方面。使用 3DQler 的选择性激光熔化技术制造的散热器可以在尽可能短的时间内单独调整和打印，无需额外费用。这种灵活性与可用的众多风扇相结合，使我们能够设计出适合每种应用的冷却解决方案。

审核编辑：郭婷