Otimize o design do seu dissipador de calor:princípios e quatro dicas práticas

A crescente demanda por eletrônicos de alto desempenho levou à produção de eletrônicos avançados com microprocessadores rápidos e altas densidades de transistores. Esta modificação tecnológica nos componentes de tais eletrônicos resultou no aumento da carga de calor durante a operação. Portanto, um sistema de gerenciamento térmico que apresenta o design correto do dissipador de calor é ideal para garantir o desempenho ideal dos eletrônicos.

Para evitar falhas no sistema da eletrônica e garantir uma dissipação de calor eficiente, os dissipadores de calor são ideais para fornecer efeitos de resfriamento na eletrônica. Portanto, neste artigo, responderíamos à pergunta:como funciona um dissipador de calor? Também exploraríamos a importância de um dissipador de calor, os conceitos básicos de um projeto de dissipador de calor e como otimizar um projeto de dissipador de calor para um desempenho eletrônico ideal. Vamos mergulhar direto.

Noções básicas de design do dissipador de calor

Um dissipador de calor é um componente mecânico usado em dispositivos eletrônicos para evitar o superaquecimento de componentes elétricos, fornecendo resfriamento suplementar. Ele dissipa o calor de um componente elétrico, geralmente um transistor de potência, para o ambiente circundante. Este ambiente é mais comumente um meio fluido de temperatura mais baixa, como ar ou um líquido refrigerante.

Os dissipadores de calor geralmente estão em transistores ou processadores. Os fabricantes os equipam com um ventilador embutido para dissipar a energia da eletrônica. No entanto, nem todos os dissipadores de calor têm conexão com um ventilador. Aqueles com um acessório de ventoinha são “dissipadores de calor ativos” e aqueles sem um dissipador de calor são conhecidos como “dissipadores de calor passivos”.

Importância de usar dissipadores de calor

Um dissipador de calor é importante na maioria dos produtos eletrônicos devido à sua capacidade de evitar o superaquecimento dos componentes elétricos. Portanto, o dispositivo poderá trabalhar na temperatura especificada. Abaixo estão outras razões pelas quais os dissipadores de calor são importantes.

• Manutenção de Energia Térmica

Um dissipador de calor mantém a energia térmica controlada do dispositivo eletrônico transferindo calor dos elementos do circuito eletrônico para o ambiente.

• Melhora a confiabilidade eletrônica

Um dissipador de calor melhora a confiabilidade dos dispositivos eletrônicos, pois evita falhas de componentes por sua função.

• Também fornece calor

Os dissipadores de calor fornecem calor em casos de queda de temperatura dentro do circuito elétrico.

Com base nessa importância, os dissipadores de calor são hoje componentes essenciais de muitos dispositivos eletrônicos. Por exemplo, eles fazem parte da unidade central de processamento dos computadores.

Aplicativos

Os dissipadores de calor têm uma ampla gama de aplicações, principalmente em dispositivos eletrônicos. A razão é que esses dispositivos geram uma grande quantidade de calor durante a operação e não podem moderar sua temperatura. Este calor gerado pode afetar o desempenho dos semicondutores dentro do dispositivo eletrônico. Portanto, resultando em falha de componentes e, finalmente, em danos ao dispositivo.

Analisar o desempenho térmico de cada dispositivo eletrônico é tarefa. Portanto, o design dos dissipadores de calor é fornecer resfriamento suplementar a esses dispositivos, dissipando o calor para o ambiente de componentes elétricos, como diodos, reguladores de tensão, transistores e circuitos integrados.

Fatores e dicas no projeto do dissipador de calor

A dissipação efetiva de energia térmica por um dissipador de calor depende em grande parte de seu projeto. Como um trocador de calor passivo, um projeto de dissipador de calor deve permitir uma fácil transferência de calor para seu ambiente. Este processo de transferência de calor é geralmente por condução, convecção ou radiação. Às vezes, é uma combinação desses três métodos de transferência de calor. Para uma construção eficiente do dissipador de calor, há muitos fatores a serem considerados. Abaixo está uma explicação dos fatores convincentes que você deve incluir antes de aprender como criar um dissipador de calor.

Resistência Térmica

A resistência térmica refere-se à resistência ao fluxo de calor entre o semicondutor e o ambiente. O ambiente pode ser ar ambiente ou um fluido refrigerante.

Determinar a resistência térmica de um dispositivo é importante na seleção de dissipadores de calor. Isso ocorre porque o caminho para dissipação de calor deve ter uma quantidade considerável de resistência térmica. Isso, por sua vez, determinará a rapidez com que a transferência de calor ocorre. A resistência térmica garante a eficiência de um dissipador de calor, pois mostra se há redução de temperatura.

Materiais usados ​​no design térmico

· Material do dissipador de calor

A maioria dos dissipadores de calor vem de ligas de alumínio e cobre porque são altamente condutivas. O alumínio é mais barato e é ideal com base em sua ductilidade, o que facilita o projeto para a fabricação de dissipadores de calor. Existem outros materiais. Por exemplo, o cobre, devido à sua alta condutividade térmica e resistência à corrosão, geralmente faz parte do projeto do dissipador de calor. No entanto, o alumínio é o material mais dominante. Essa combinação provou ser mais eficaz e pode ser empregada em seu módulo para construção de dissipadores de calor.

· Materiais de Interface

Materiais de interface térmica são o material que compõe o espaço entre o dissipador de calor. Normalmente é ar. No entanto, alguns fabricantes utilizam outros materiais, como a mica. Os materiais de interface térmica reduzem a resistência térmica de um dispositivo eletrônico e garantem sua rápida transferência de energia térmica.

O calor gerado pelo dispositivo é uma soma da geração de calor de seu componente. Como o componente tem resistência térmica variável, não é fácil garantir uma dissipação efetiva do calor. Para garantir um fluxo de calor eficaz do dispositivo eletrônico, minimize a resistência térmica. Isso é possível incorporando um material de interface térmica.

Forma e disposição das barbatanas

A dissipação eficiente de calor do dispositivo para um meio refrigerante também depende dos arranjos das aletas. O design do dissipador de calor normalmente apresenta aletas soldadas durante a construção do dissipador de calor. A orientação dessas aletas é fornecer uma área de superfície que permita que o ar passe pelo dissipador de calor. Portanto, eles são críticos no processo de resfriamento.

Portanto, a eficiência da aleta do dissipador de calor depende do formato das aletas e você deve considerá-la para garantir a convecção efetiva do calor do dispositivo eletrônico e, por sua vez, garantir o resfriamento do dispositivo e do dissipador de calor.

Métodos de fixação do dissipador de calor

A eficácia dos dissipadores de calor melhorará com a escolha de um método de fixação apropriado. Este processo de seleção deve considerar os requisitos térmicos e mecânicos do dispositivo antes de decidir qual método de fixação é mais adequado.

Embora existam muitos métodos de conectar um dissipador de calor a um dispositivo eletrônico. Os métodos comuns são:

– Fitas Térmicas.

- Grampos de arame

– Clipes Plásticos.

– Pinos de pressão.

– Parafusos com mola.

Calculadora de resistência térmica de design de dissipador de calor

Projetar um dissipador de calor também vem com a compreensão de alguns cálculos relacionados à resistência térmica. A equação abaixo é usada para calcular a Resistência Térmica ao Calor (R_hs )

R_hs =(T_j -T_mb /P) – (R_th-jc ) – R_interface

T_j :temperatura máxima de junção do dispositivo em 0C.

R_th-jc :Resistência térmica da junção para a caixa

T_amb :Temperatura do ar ambiente em 0C.

P:Calor dissipado da fonte de calor

R_interface :Resistência do material da interface térmica

R_interface =(t_int /L_s x W_s x k_interface )

t_interface :Espessura do material da interface térmica

k_interface :Condutividade térmica do material de interface

L_s :Comprimento da fonte de calor

S_s :Largura da fonte de calor

Conhecer o cálculo vem com a compreensão do acima. Portanto, será fácil incorporar tais parâmetros no projeto do dissipador de calor para obter uma resistência térmica ao calor maior que a temperatura operacional mais alta de um semicondutor. Além disso, a partir da equação, você pode calcular a dimensão ideal do dissipador de calor de forma que você tenha a menor temperatura da fonte de calor.

Conclusão

Dissipadores de calor são de grande importância que o projeto dos dissipadores de calor seja cuidadosamente estruturado para garantir um desempenho eficaz. Portanto, muitas coisas devem ser levadas em consideração. Este artigo fala sobre esses fatores que podem ajudar no projeto do dissipador de calor. Ele também responde a perguntas como o funcionamento de um dissipador de calor e dicas para incluir em seu guia de design.

Com esse conhecimento, você pode otimizar o design do dissipador de calor para obter um melhor desempenho. Você quer o melhor design de dissipador de calor a um preço baixo? Então você deve utilizar nossos serviços. Consulte nossa equipe de suporte para obter conselhos de fabricação. Se você já possui um arquivo CAD, faça o upload agora para obter uma cotação instantânea para o seu projeto.

Perguntas frequentes

De quantos dissipadores de calor preciso para um projeto?
O uso de um dissipador de calor não deve ser determinado aleatoriamente. Cada projeto é único e, como tal, a quantidade de dissipadores de calor a serem usados ​​depende muito do tamanho do seu projeto. Além disso, considere os fatores de design do dissipador de calor listados acima
Existem materiais alternativos para a produção de dissipadores de calor?
Além do uso de ligas de cobre-alumínio na produção de dissipadores de calor, houve um avanço no uso de alumínio combinado com materiais derivados de carbono. Esses materiais derivados de carbono possuem maior condutividade térmica que o cobre, e sua fusão ao alumínio, que é dúctil, o torna uma alternativa perfeita. Materiais compósitos de grafite natural também têm sido usados. No entanto, os dissipadores de calor convencionais de alumínio e cobre provaram ter um desempenho melhor do que as alternativas.