JÄÄHDYTYSLEVY

levy_02.jpg
Kuva 1. Jäähdytyslevy

Johdanto


Elektroniikassa kaikki sähköllä toimivat komponentit tuottavat jonkin verran lämpöä. Yleensä komponenteissa lämpöä siirtyy pois yhtä paljon kun sitä syntyy, jolloin komponentin lämpötila pysyy vakiona. Monissa komponenteissa lämpöä syntyy kuitenkin enemmän kuin komponentista poistuu. Tämä aiheuttaa komponentin lämpötilan kasvun, mikä johtaa tietyssä pisteessä komponentin hajoamisen. Tästä syystä joidenkin komponenttien lämmönsiirtoa on tehostettava, ja yksi yleisimmistä tavoista on liittää komponenttiin jäähdytyslevy. Jäähdytyslevyjä käytetään aina elektroniikan pienistä komponenteista suurien muuntajien ja moottorien jäähdyttämiseen.

Lämmönsiirto


Lämpö voi siirtyä kolmella tavalla: johtumalla, konvektiolla sekä säteilyllä. Johtumalla lämpö siirtyy kiinteässä tai kiinteissä toisiinsa kosketuksissa olevissa materiaaleissa. Konvektiolla tarkoitetaan lämmön siirtymistä esimerkiksi kiinteän pinnan ja sen suhteen liikkeessä olevan nesteen tai kaasun välillä. Säteilemällä lämpö siirtyy kappaleen pinnasta ympäristöön myös ilman väliainetta.[1]

Johtumalla siirtyvä lämpövirta saadaan Fourier'n lämmönjohtavuuden perusyhtälöstä

q = λAT/x,

missä λ on materiaalin lämmönjohtavuus, A pinta-ala, T johtumistien alku ja loppupään lämpötilaero sekä x johtumistien pituus.

Konvektiolla siirtyvä lämpövirta saadaan yhtälöstä

q = hAT,

missä h on konvektiivinen lämmönsiirtokerroin ja T pinnan ja ympäröivän väliaineen lämpötilaero.

Säteilemällä siirtyväksi lämpövirraksi saadaan

q = εσAT,

missä ε on pinnan emissiviteetti, σ Stefan-Boltzmannin vakio ja T pinnan ja ympäristön lämpötilojen neljänsien potenssien erotus. [2] [3]

Yhtälöistä huomataan, että kaikissa lämmönsiirron mekanismeissa yhteisenä tekijänä on pinta-ala ja lämpötila. Komponentin tuottamaan lämpöön on hyvin vaikea vaikuttaa, mutta jäähdytyslevyillä pinta-alaa voidaan muuttaa.

Jäähdytyslevyn rakenne

Yksinkertaisimmillaan jäähdytyslevy voi olla vain tasainen hyvin lämpöä johtava komponenttiin liitetty levy. Tarvittaessa suurempaa jäähdytystehoa, jäähdytyslevy voidaan poimuttaa tai siihen voidaan lisätä ripoja (kuva 1). Jäähdytyslevyn rivat lisäävät jäähdytettävän komponentin pinta-alaa, jolloin lämmön haihtuminen tehostuu. Yleisimmät jäähdytyslevymateriaalit ovat kupari ja alumiini. Kuparin lämmönjohtavuus on noin 400 W/(m*K) ja alumiinin noin 240 W/(m*K). Näistä yleisimmin käytetty on kuitenkin alumiini, sen edullisuuden, keveyden ja paremman muokattavuuden ansiosta.[4]
  1. ^ Mikkonen, Risto: Sähkömagneettisten järjestelmien lämmönsiirto, luentomoniste, 2008
  2. ^ Mikkonen, Risto: Sähkömagneettisten järjestelmien lämmönsiirto, luentomoniste, 2008
  3. ^ Okamoto, Nicole. Heat transfer overview, San José State University: http://www.engr.sjsu.edu/ndejong/Heat%20Transfer%20Overview.pdf. [Viitattu 31.1.2010]
  4. ^ FrostyTech.com. reviews of cooling related equipment for computers: http://www.frostytech.com/articleview.cfm?articleID=233. [Viitattu: 31.1.2010].