O que são dissipadores de calor e como são feitos?

Dispositivos eletrônicos como computadores pessoais geram calor à medida que são operados. A eletricidade percorre os vários fios e componentes do dispositivo, encontrando resistência à medida que avança, e esta resistência gera calor , elevando rapidamente a temperatura do dispositivo.

Se não for controlado, esse calor pode ter consequências desastrosas para o dispositivo:componentes como a unidade central de processamento (CPU) são frágeis e não são capazes de suportar temperaturas extremamente altas; o superaquecimento pode, portanto, levar a mau funcionamento ou danos permanentes.

Felizmente, muitos dispositivos eletrônicos e mecânicos evitam esse problema usando dissipadores de calor (ou dissipadores):componentes especiais que dissipam calor de áreas importantes do dispositivo para mantê-lo fresco e funcionando.

Apesar de seu pequeno tamanho, os dissipadores de calor são componentes incrivelmente importantes e podem ser feitos de muitas maneiras diferentes. Este artigo analisa como os dissipadores de calor funcionam, as vantagens dos dissipadores de calor, os diferentes tipos de dissipadores de calor e como os dissipadores de calor são feitos.

O que é um dissipador de calor?

Um dissipador de calor é uma espécie de trocador de calor passivo cuja função é regular a temperatura de um dispositivo eletrônico ou mecânico. Ele transfere o calor de um componente gerador de calor para um fluido (ar ou líquido refrigerante), permitindo que o calor se dissipe do dispositivo.

Os dissipadores de calor funcionam usando um condutor térmico para retirar o calor de uma fonte de calor, puxando-o para sua própria grande área de superfície que entra em contato com o meio de resfriamento, ou seja, ar ou outro fluido. A necessidade de uma grande área de superfície é o motivo pelo qual os dissipadores de calor geralmente consistem em uma base conectada a um número de aletas ou pinos muito estreitos:essa forma é a melhor maneira de encaixar a maior área de superfície possível em um determinado volume.

Usados ​​em uma variedade de indústrias, os dissipadores de calor são frequentemente usados ​​para resfriar componentes de computador, como CPUs e GPUs, bem como transistores de energia e lasers.

Determinar se um dissipador de calor é necessário – e que tipo de dissipador de calor – envolve estabelecer a temperatura máxima de operação da junção de um circuito. Se a temperatura de operação for excedida, isso causará mau funcionamento ou quebra da peça. Em geral, componentes com temperatura máxima de operação mais baixa (ou aqueles que simplesmente geram muito calor) requerem dissipadores de calor mais eficazes.

Vantagens dos dissipadores de calor

A função principal de um dissipador de calor é regular a temperatura e evitar o superaquecimento. Isso oferece vantagens como as seguintes:

• Evitar superaquecimento
• Evitar falhas ou quebras de peças
• Forneça calor caso a temperatura caia muito

Tipos de dissipador de calor

Os dissipadores de calor geralmente consistem em uma base sólida com saliências saindo dela. Mas a forma e o tamanho dessas saliências afetam o desempenho do dissipador de calor. As variedades de dissipador de calor mais comuns incluem:

• Dissipador de calor com aleta de pino :Dissipadores de calor pin-fin têm pinos que se estendem da base. Eles oferecem a maior área de superfície de todos os tipos de dissipadores de calor e são melhores em situações de baixo fluxo de ar (ou fluxo de ar aleatório/multidirecional). Os pinos podem ter diferentes formas:
  • Cilíndrico
  • Elíptico
  • Quadrado
• Dissipador de calor com aleta de placa :Mais comuns que os dissipadores de calor com aletas de pino, os dissipadores de calor com aletas de placa possuem aletas retangulares que se estendem da base. Eles são o melhor tipo de dissipador de calor quando o fluxo de ar é unidirecional.
• Dissipador de calor com aletas alargadas :uma variação do dissipador de calor de aleta de placa, dissipadores de calor de aleta alargada têm um arranjo de aleta alargada e diminuem a resistência ao fluxo.

Alguns dissipadores de calor têm ventiladores , e dissipadores de calor desse tipo podem ser chamados de dissipadores de calor ativos ou dissipadores de calor resfriados por ventilador. Aqueles sem ventiladores podem ser chamados de dissipadores de calor passivos. Os ventiladores fornecem uma fonte constante de fluxo de ar, o que melhora a funcionalidade do dissipador de calor.

Materiais do dissipador de calor

Os dissipadores de calor são normalmente feitos de ligas de alumínio ou cobre, com material geralmente determinado pela aplicação, intensidade do calor, método de produção e orçamento.

Alumínio dissipadores de calor são geralmente feitos de alumínio 1050 (muito condutor térmico, mas de baixa resistência) ou alumínio 6060, 6061 ou 6063 (menos condutor, mas com melhores propriedades mecânicas). Os dissipadores de calor mais acessíveis são geralmente feitos de liga de alumínio.

Cobre dissipadores de calor oferecem excelente condutividade térmica - é duas vezes mais condutor que o alumínio - bem como resistência à corrosão, resistência antimicrobiana e outras propriedades desejáveis. Isso torna os dissipadores de calor de cobre uma escolha premium; no entanto, o cobre é mais caro do que as ligas de alumínio e geralmente mais difícil de formar.

Métodos de fixação do dissipador de calor

O método de fixação do dissipador de calor é a maneira como o dissipador de calor é montado no componente cuja temperatura está tentando regular, por exemplo. CPU de um computador.

Os métodos de fixação incluem fita termicamente condutora (para dissipadores de calor de baixa massa), epóxi (ligação mecânica forte, mas irreversível), grampos, grampos Z em forma de fio, pinos de latão/plástico ou espaçadores rosqueados (para dissipadores de calor muito grandes).

Fatores que afetam o desempenho do dissipador de calor

Várias variáveis ​​afetam o desempenho de um dissipador de calor e a eficácia dele na dissipação de calor de um componente como uma CPU. Fatores importantes de desempenho do dissipador de calor incluem:

• A condutividade térmica do material do dissipador de calor (por exemplo, cobre ou liga de alumínio)
• O tamanho do dissipador de calor
• O tipo, número e disposição das aletas no dissipador de calor
• O tamanho dos dutos entre cada aleta
• O coeficiente de transferência de calor
• A taxa de fluxo de ar

Como fazer dissipadores de calor

Como fazer um dissipador de calor? Isso depende de vários fatores, como o tamanho e o material do dissipador de calor e o tipo de fabricante que o fabrica. A fabricação de dissipadores de calor pode envolver uma variedade de tecnologias de produção, incluindo fundição e fresamento CNC.

Extrusão

A extrusão, o processo de forçar tarugos de metal quente através de uma matriz de aço, é a maneira mais comum de fazer dissipadores de calor de alumínio. É um método rápido, eficaz e econômico para fazer dissipadores de calor de materiais dúcteis como o alumínio 1050. Os dissipadores de calor de alumínio extrudado são normalmente anodizados antes do uso.

Deslizamento

Skiving ou scarfing, o processo de corte de material em fatias, é um processo de fabricação comum para a produção de placas e dissipadores de calor de aletas alargadas. O processo permite aletas mais finas e compactas do que a extrusão, e também fornece um nível ou rugosidade superficial, o que aumenta ligeiramente a área total da superfície.

Fundição

A fundição, o processo de derramar metal fundido em um molde, é outra maneira de fazer dissipadores de calor – alumínio ou cobre. Os dissipadores de calor fundidos sob pressão podem ter um alto nível de complexidade e oferecer excelentes propriedades mecânicas. A fundição sob pressão também é usada às vezes para fazer dissipadores de calor de zinco.

Fresagem

A fresagem, o processo subtrativo de cortar material de uma peça em bruto, é uma maneira acessível de fazer dissipadores de calor com praticamente qualquer forma geométrica, a partir de materiais como ligas de alumínio. Dissipadores de calor fresados ​​(ou dissipadores de calor usinados) podem ser mais caros do que as alternativas, especialmente em grandes quantidades, mas também podem ser feitos muito rapidamente. Saiba mais sobre usinagem de alumínio.

Impressão 3D

Avanços recentes na manufatura aditiva de cobre tornaram os dissipadores de calor impressos em 3D uma alternativa viável aos seus homólogos tradicionais. As tecnologias de fusão em leito de pó e de deposição de energia direcionada têm sido usadas com mais sucesso para esse fim.

Para fazer um dissipador de calor com 3ERP usando um processo como usinagem CNC, extrusão ou fundição de baixo volume, entre em contato conosco para um orçamento gratuito.