তামা বনাম অ্যালুমিনিয়াম হিট সিঙ্ক উপাদানের সুবিধা এবং অসুবিধা তুলনা

ইলেকট্রনিক ডিভাইসগুলি ক্রমবর্ধমানভাবে ছোট এবং উচ্চ-পারফরম্যান্স হওয়ার সাথে সাথে, তাপ ব্যবস্থাপনা একটি গুরুত্বপূর্ণ প্রকৌশল চ্যালেঞ্জ হিসাবে আবির্ভূত হয়েছে। হিট সিঙ্ক—তাপ নিয়ন্ত্রণের অকথিত নায়ক—ডিভাইসের স্থিতিশীলতা এবং দীর্ঘায়ু বজায় রাখতে একটি গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে, উপাদান থেকে আশেপাশের পরিবেশে তাপ স্থানান্তর করে। উপাদানের পছন্দ মূলত একটি হিট সিঙ্কের কার্যকারিতা নির্ধারণ করে, যেখানে তামা এবং অ্যালুমিনিয়াম বাজারকে নেতৃত্ব দেয়। এই বিশ্লেষণটি প্রকৌশল সিদ্ধান্তগুলি গাইড করার জন্য তাদের বৈশিষ্ট্য, ট্রেড-অফ, অ্যাপ্লিকেশন কৌশল এবং উদীয়মান বিকল্পগুলি পরীক্ষা করে।

তাপীয় ট্রান্সপোর্টার হিসাবে কাজ করে, হিট সিঙ্কগুলির জন্য ব্যতিক্রমী তাপ পরিবাহিতা সহ উপকরণ প্রয়োজন—যা ওয়াট প্রতি মিটার-কেলভিন (W/m·K) এ পরিমাপ করা হয়। অ্যালুমিনিয়াম এবং তামা এই স্থানটিতে আধিপত্য বিস্তার করে, প্রতিটি নিজস্ব সুবিধা প্রদান করে।

প্রায় 80% বাণিজ্যিক হিট সিঙ্কের জন্য হিসাব করা হলে, A6061 (167 W/m·K) এবং A6063-এর মতো অ্যালুমিনিয়াম খাদ অনুকূল বৈশিষ্ট্যগুলির সংমিশ্রণের মাধ্যমে আধিপত্য বিস্তার করে:

• ওজন দক্ষতা: 2.7 g/cm³ এ, অ্যালুমিনিয়ামের ওজন তামার এক-তৃতীয়াংশ, যা এটিকে মোবাইল ডিভাইস এবং মহাকাশ অ্যাপ্লিকেশনগুলির জন্য আদর্শ করে তোলে।
• উত্পাদনশীলতা: এক্সট্রুশন প্রক্রিয়া কম খরচে জটিল ফিন ডিজাইন সক্ষম করে, যার উত্পাদন গতি প্রতি মিনিটে 60 মিটারে পৌঁছায়।
• জারা প্রতিরোধ ক্ষমতা: নেটিভ অক্সাইড স্তর সুরক্ষা প্রদান করে, যা 15-25µm পুরুত্ব অর্জনের জন্য অ্যানোডাইজেশন কৌশল দ্বারা উন্নত হয়।
• অর্থনৈতিক কার্যকারিতা: অ্যালুমিনিয়ামের প্রাচুর্য উপাদান খরচকে প্রতি ইউনিট ভলিউমে তামার চেয়ে 60-70% কম রাখে।

• 6061: যন্ত্রযুক্ত হিট সিঙ্কের জন্য সর্বোত্তম (টান শক্তি: 124 MPa)
• 6063: এক্সট্রুড ডিজাইনগুলির জন্য পছন্দের (তাপ পরিবাহিতা: 201 W/m·K)
• 1050: বিশেষ অ্যাপ্লিকেশনগুলির জন্য সর্বাধিক পরিবাহিতা (229 W/m·K)

যদিও বাজারের 15% এরও কম প্রতিনিধিত্ব করে, তামার অতুলনীয় পরিবাহিতা (401 W/m·K) এটিকে উচ্চ-পারফরম্যান্স পরিস্থিতিতে অপরিহার্য করে তোলে:

• তাপীয় সুবিধা: সমতুল্য ডিজাইনে অ্যালুমিনিয়ামের তুলনায় তাপীয় প্রতিরোধ ক্ষমতা 40-50% কমিয়ে দেয়।
• কাঠামোগত অখণ্ডতা: 200 ডিগ্রি সেলসিয়াসের বেশি তাপমাত্রায় যান্ত্রিক স্থিতিশীলতা বজায় রাখে।

গুরুত্বপূর্ণ সীমাবদ্ধতাগুলির মধ্যে রয়েছে:

• ওজন জরিমানা: 8.9 g/cm³ ঘনত্ব পোর্টেবল অ্যাপ্লিকেশনগুলিকে জটিল করে তোলে
• জারণ দুর্বলতা: জারা প্রতিরোধের জন্য নিকেল প্লেটিং (5-10µm) প্রয়োজন
• খরচ প্রিমিয়াম: উপাদান খরচ অ্যালুমিনিয়ামের চেয়ে 3-4 গুণ বেশি

উদ্ভাবনী তামা-অ্যালুমিনিয়াম সংমিশ্রণগুলি অন্য কোথাও অ্যালুমিনিয়ামের হালকা ওজনের বৈশিষ্ট্যগুলির সাথে তাপের উত্সে তামার পরিবাহিতা ব্যবহার করে। উন্নত বন্ধন কৌশল—যার মধ্যে রয়েছে:

• বিস্ফোরক ঢালাই
• ঘর্ষণ-আলোড়ন যোগদান
• ক্ষণস্থায়ী তরল ফেজ বন্ধন

—0.05 cm²·K/W এর নিচে ইন্টারফেসিয়াল তাপীয় প্রতিরোধ ক্ষমতা অর্জন করতে পারে।

উত্পাদন পদ্ধতিগুলি তাপ কর্মক্ষমতাকে উল্লেখযোগ্যভাবে প্রভাবিত করে:

• প্রতি ইঞ্চিতে 40 ফিন পর্যন্ত ফিন ঘনত্ব
• বেস বেধের তারতম্য <0.05 মিমি
• সারফেস রুক্ষতা Ra <1.6µm

পরবর্তী প্রজন্মের সমাধানগুলি ঐতিহ্যবাহী ধাতুর সীমাবদ্ধতাগুলি সমাধান করে:

• কার্বআল কম্পোজিট: 80% কার্বন/20% অ্যালুমিনিয়াম মিশ্রণ অ্যালুমিনিয়াম-জাতীয় ঘনত্বের সাথে 450 W/m·K পরিবাহিতা অর্জন করে
• অ্যানিসোট্রপিক গ্রাফাইট: দিকনির্দেশক তাপ বিস্তারের জন্য 1500 W/m·K এর বেশি ইন-প্লেন পরিবাহিতা
• বাষ্প চেম্বার ডিজাইন: অপ্টিমাইজ করা কনফিগারেশনে কার্যকর তাপ পরিবাহিতা >5000 W/m·K

সর্বোত্তম উপাদান নির্বাচনের জন্য মূল্যায়ন প্রয়োজন:

1. তাপীয় লোড: উপাদান TDP-এর উপর ভিত্তি করে প্রয়োজনীয়তা গণনা করুন _{ফর্ম ফ্যাক্টর:} উপলব্ধ ভলিউম এবং বায়ুপ্রবাহের সীমাবদ্ধতাগুলির জন্য হিসাব করুন
2. পরিবেশগত কারণ: আর্দ্রতা, কম্পন এবং EMI প্রয়োজনীয়তা বিবেচনা করুন
3. জীবনচক্রের খরচ: উত্পাদন এবং রক্ষণাবেক্ষণ সহ মোট মালিকানা মূল্যায়ন করুন
4. উপসংহার ডিভাইসের পাওয়ার ঘনত্ব 100W/cm² এর বাইরে চলে যাওয়ার সাথে সাথে তাপ ব্যবস্থাপনার ল্যান্ডস্কেপ বিকশিত হতে চলেছে। অ্যালুমিনিয়াম বেশিরভাগ অ্যাপ্লিকেশনের জন্য ব্যবহারিক পছন্দ হিসাবে রয়ে গেছে, তামার উচ্চতর কর্মক্ষমতা তার প্রিমিয়ামকে গুরুত্বপূর্ণ সিস্টেমে সমর্থন করে। উদীয়মান যৌগিক উপকরণ এবং উন্নত উত্পাদন কৌশলগুলি তাপ সিঙ্কের ক্ষমতাকে নতুন করে তুলবে, যা নিশ্চিত করবে যে তাপীয় সমাধানগুলি প্রযুক্তিগত অগ্রগতির সাথে তাল মিলিয়ে চলে।