Aluminium vs. koper vs. diamant: de beste materialen voor koelplaten vergeleken

Wanneer de CPU-temperatuur van je high-performance gaming-pc gevaarlijk dicht bij een blauw scherm komt, is het de onopvallende heatsink die de wacht houdt. De keuze van het materiaal van de heatsink bepaalt direct of je apparaat stabiel kan blijven werken onder zware workloads. Maar welk materiaal presteert het best? Aluminium, koper of zelfs diamant? Dit is wat je moet weten.

De primaire functie van een heatsink is om snel warmte af te voeren die wordt gegenereerd door elektronische componenten, waardoor prestatievermindering of schade aan de hardware wordt voorkomen. Thermische geleidbaarheid - gemeten in watt per meter-kelvin (W/m•K) - bepaalt het koelvermogen van een materiaal. Fabrikanten moeten echter ook rekening houden met kosten, produceerbaarheid en gewicht, waardoor de selectie van een heatsink een complexe optimalisatie-uitdaging is.

Aluminium domineert de heatsink-markt door een optimale balans te vinden tussen prestaties, kosten en produceerbaarheid.

• 1050A Aluminium: Beschikt over uitzonderlijke thermische geleidbaarheid (229 W/m•K), maar heeft last van lage mechanische sterkte, waardoor het gebruik in complexe heatsink-ontwerpen wordt beperkt.
• 6060/6063 Aluminium: De industriestandaarden (166-201 W/m•K) bieden uitstekende sterkte en extrudeerbaarheid. Hun thermische prestaties variëren op basis van temper (warmtebehandelingsconditie).

• Kosteneffectief: Aanzienlijk goedkoper dan alternatieven, waardoor massaproductie mogelijk is
• Productieflexibiliteit: Gemakkelijk te extruderen in ingewikkelde vinnenarrays en koelkolommen
• Lichtgewicht: Lage dichtheid voorkomt overmatige systeembelasting

Hoewel voldoende voor de meeste toepassingen, schiet de thermische geleidbaarheid van aluminium tekort voor extreme thermische belastingen in vergelijking met premium materialen.

Met een thermische geleidbaarheid die bijna het dubbele is van aluminium (401 W/m•K), levert koper superieure koelcapaciteit, maar brengt het technische uitdagingen met zich mee.

• Uitzonderlijke warmteoverdracht: 401 W/m•K-classificatie presteert beter dan aluminium
• Gewichtsnadeel: Drie keer dichter dan aluminium
• Kostenpremie: Doorgaans 4-6 keer duurder dan aluminium

Omdat koper bestand is tegen extrusie, gebruiken fabrikanten gespecialiseerde processen:

• CNC-bewerking: Nauwkeurig maar duur frezen van massieve koperen blokken
• Skiving: Gespecialiseerde snijgereedschappen produceren vinnenarrays met hoge dichtheid
• Gelaste constructie: Combineren van koperen vinnen met basisplaten

• Premium CPU-koelers
• High-end GPU-koeloplossingen
• Thermische beheersystemen voor servers

Met een duizelingwekkende thermische geleidbaarheid van 2000 W/m•K (vijf keer die van koper), vertegenwoordigt diamant het toppunt van koeltechnologie - zij het tegen astronomische kosten.

• Ongeëvenaarde thermische prestaties: Hoogste bekende geleidbaarheid
• Uniek warmteoverdrachtsmechanisme: Foon-gemedieerde rooster-vibratie
• Onbetaalbare prijzen: Zelfs synthetische diamanten blijven onbetaalbaar

Momenteel beperkt tot nichetoepassingen:

• Substraten voor geïntegreerde circuits met hoog vermogen
• Thermisch beheer van laserdiodes

• Koper-wolfraam: Combineert de geleidbaarheid van koper met de lage uitzetting van wolfraam
• AlSiC (aluminium siliciumcarbide): Verbetert de sterkte met behoud van thermische prestaties
• Dymalloy: Met diamant versterkte koper-zilverlegering
• E-Material: Berylliumoxide-composiet dat zowel koeling als elektrische isolatie biedt

De selectie van een heatsink omvat een zorgvuldige afweging van thermische vereisten, budgetbeperkingen en mechanische specificaties. Hoewel aluminium voldoet aan de meeste consumententoepassingen, kunnen veeleisende scenario's de premie van koper rechtvaardigen. Diamant- en composietoplossingen blijven gespecialiseerde opties voor extreme thermische uitdagingen.