Dominando Design de Dissipadores de Calor: Princípios Comprovados e 4 Dicas Essenciais para Desempenho Máximo

A crescente demanda por eletrônicos de alta performance levou à produção de eletrônicos avançados com microprocessadores rápidos e altas densidades de transistores. Esta modificação tecnológica nos componentes de tais eletrônicos resultou em aumento de carga térmica durante operação. Portanto, um sistema de gerenciamento térmico que apresenta o design correto de dissipador de calor é ideal para garantir desempenho ótimo dos eletrônicos.

Para prevenir falha do sistema dos eletrônicos e garantir dissipação de calor eficiente, dissipadores de calor são ideais para fornecer efeitos de resfriamento em eletrônicos. Portanto, neste artigo, responderíamos à pergunta: como funciona um dissipador de calor? Também exploraríamos a importância de um dissipador de calor, os fundamentos de um design de dissipador de calor, e como otimizar um design de dissipador de calor para performance ótima de eletrônicos. Vamos mergulhar direto.

Fundamentos do Design de Dissipador de Calor

Um dissipador de calor é um componente mecânico usado em dispositivos eletrônicos para prevenir superaquecimento de componentes elétricos fornecendo resfriamento suplementar. Ele dissipa 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 refrigerante líquido.

Dissipadores de calor estão geralmente em transistores ou processadores. Fabricantes os equipam com um ventilador embutido para dissipar energia do eletrônico. No entanto, nem todos os dissipadores de calor têm conexão a um ventilador. Aqueles com anexo de ventilador são "Dissipadores de Calor Ativos", e aqueles sem dissipador de calor são conhecidos como "Dissipadores de Calor Passivos".

Importância do Uso de Dissipadores de Calor

Um dissipador de calor é importante na maioria dos produtos eletrônicos devido à sua capacidade de prevenir superaquecimento de componentes elétricos. Portanto, o dispositivo será capaz de trabalhar na temperatura especificada. Abaixo estão outras razões pelas quais 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 os arredores.

• Melhora Confiabilidade Eletrônica

Um dissipador de calor melhora a confiabilidade de dispositivos eletrônicos devido a prevenir falha de componente por sua função.

• Também Fornece Calor

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

Baseado em tal importância, dissipadores de calor são agora componentes essenciais de muitos dispositivos eletrônicos. Por exemplo, são parte da unidade central de processamento de computadores.

Aplicações

Dissipadores de calor têm uma ampla gama de aplicações, especialmente em dispositivos eletrônicos. A razão é que estes dispositivos geram grande quantidade de calor durante operação, e não podem moderar sua temperatura. Este calor gerado pode impactar a performance de semicondutores dentro do dispositivo eletrônico. Portanto, resultando em falha de componentes e finalmente dano do dispositivo.

Analisar a performance térmica de todo dispositivo eletrônico é trabalhoso. Por isso design de dissipadores de calor é para fornecer resfriamento suplementar a estes dispositivos dissipando calor dos arredores de componentes elétricos como diodos, reguladores de tensão, transistores e circuitos integrados.

Fatores e Dicas no Design de Dissipador de Calor

A dissipação efetiva de energia térmica por um dissipador de calor é largamente dependente de seu design. Como um trocador de calor passivo, um design de dissipador de calor deve permitir 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 destes três métodos de transferência de calor. Para construção eficiente de dissipador de calor, existem muitos fatores a considerar. Abaixo está uma explicação dos fatores cogentes que você deve incluir antes de aprender como criar um dissipador de calor.

Resistência Térmica

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 é porque o caminho para dissipação de calor deve ter uma quantidade considerável de resistência térmica. Isso, por sua vez, determinará quão rapidamente a transferência de calor ocorre. Resistência térmica garante a eficiência de um dissipador de calor pois mostra se há redução de temperatura.

Materiais Usados no Design de Calor

· Material do Dissipador de Calor

A maioria dos dissipadores de calor vem de ligas de Alumínio e Cobre porque são altamente condutivos. Alumínio é menos caro, e é ideal baseado em sua ductilidade que torna fácil projetá-lo para fazer dissipadores de calor. Existem outros materiais. Por exemplo, cobre, devido à sua alta condutividade térmica e resistência à corrosão, é geralmente parte do design de dissipador de calor. No entanto, alumínio é o material mais dominante. Esta combinação provou ser mais efetiva e pode ser empregada em seu módulo para construção de dissipador de calor.

· Materiais de Interface

Materiais de interface térmica são o material que compõe o espaço entre o dissipador de calor. É normalmente ar. No entanto, alguns fabricantes usam outros materiais como mica. Materiais de interface térmica baixam a resistência térmica de um dispositivo eletrônico e garantem sua rápida transferência de energia térmica.

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

Forma e Arranjo de Aletas

A dissipação eficiente de calor do dispositivo para um meio refrigerante também depende de arranjos de aletas. Design de dissipador de calor normalmente apresenta aletas soldadas durante construção do dissipador de calor. A orientação destas aletas é para fornecer uma área de superfície que permite ar passar através do dissipador de calor. Portanto, são críticas no processo de resfriamento.

Portanto, eficiência de aletas de dissipador de calor depende da forma das aletas e você deve considerá-la para garantir convecção efetiva de 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 efetividade de dissipadores de calor melhorará escolhendo 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.

Enquanto existem muitos métodos de fixar um dissipador de calor a um dispositivo eletrônico. Métodos comuns são:

– Fitas Térmicas.

– Clipes de Arame

– Clipes de Plástico.

– Pinos de Pressão.

– Parafusos com Mola.

Calculadora de Resistência Térmica de Design de Dissipador de Calor

Projetar um dissipador de calor também vem com entender alguns cálculos relacionados à resistência térmica. A equação abaixo é usada para calcular a Resistência Térmica de 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: Junção para resistência térmica do caso

T_amb: Temperatura do ar ambiente em 0C.

P: Calor dissipado da fonte de calor 

R_interface: Resistência do material de interface térmica

R_interface = (t_int/L_s x W_s x k_interface)

t_interface: Espessura do material de interface térmica

k_interface: Condutividade térmica do material de interface

L_s: Comprimento da fonte de calor

W_s: Largura da fonte de calor

Saber o cálculo vem com entender o acima. Portanto, será fácil incorporar tais parâmetros no design do dissipador de calor para obter uma resistência térmica de calor maior que a temperatura de operação mais alta de um semicondutor. Também, da equação, você pode calcular a dimensão ótima do dissipador de calor de forma que você terá a menor temperatura da fonte de calor.

Conclusão

Dissipadores de calor são de alta importância que o design de dissipadores de calor é cuidadosamente estruturado para garantir performance efetiva. Portanto, muitas coisas devem ser levadas em consideração. Este artigo fala sobre tais fatores que podem ajudar no design de dissipador de calor. Também responde perguntas como como funciona um dissipador de calor e dicas para incluir no seu guia de design.

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

Perguntas Frequentes

Quantos dissipadores de calor eu preciso para um projeto?

O uso de um dissipador de calor não deve ser determinado aleatoriamente. Todo projeto é único, e como tal, a quantidade de dissipadores de calor a serem usados dependeria largamente do tamanho do seu projeto. Também, considere os fatores de design de 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. Estes materiais derivados de carbono possuem condutividade térmica mais alta que cobre, e sua fusão com alumínio, que é dúctil, torna uma alternativa perfeita. Materiais compostos de grafite natural também foram usados. No entanto, dissipadores de calor convencionais de alumínio e cobre provaram performar melhor que as alternativas.