I dissipatori di calore sono ampiamente utilizzati in tutti i tipi di dispositivi elettronici, dai computer alle lampade a scarica. Si tratta di un dispositivo conduttivo in grado di assorbire e trasferire il calore lontano dai componenti, prevenendone il surriscaldamento e potenziali danni. Progettare un buon dissipatore di calore è fondamentale per la dissipazione del calore di un dispositivo, con l'obiettivo di garantire prestazioni e durata ottimali. Questa guida approfondisce le basi delle caratteristiche, delle tipologie e dei materiali di progettazione dei dissipatori di calore. Continua a leggere per scoprire le tecniche di produzione e i suggerimenti utili per la progettazione dei dissipatori di calore.
Cos'è un dissipatore di calore?
Dissipatori di calore Sono dispositivi meccanici che prevengono il surriscaldamento di un dispositivo utilizzando la convezione naturale e forzata. Un dissipatore di calore è utile per dissipare il calore generato distribuendolo sulla sua superficie e raffreddando il dispositivo a una temperatura ottimale grazie all'elevata conduttività termica dei materiali. Pertanto, la maggior parte dei produttori presta maggiore attenzione alla scelta di un dissipatore termico adatto per processore e transistor, impedendo alla ventola di raggiungere un'elevata efficienza. Questi componenti che irradiano calore non sono limitati a un singolo tipo; i tre tipi più comuni dipendono dal modo in cui dissipano il calore dal sistema.
Il dissipatore di calore attivo si basa sulla fonte di alimentazione del dispositivo. Un meccanismo di convezione forzata viene utilizzato per far muovere il fluido o l'aria attraverso l'area calda per ottenere il trasferimento di calore nel componente. I produttori di solito utilizzano una o due ventole per far passare l'aria attraverso il componente, facendolo raffreddare la temperatura.
Il dissipatore di calore passivo è un'alternativa comune. Tuttavia, non è efficace nel dissipare il calore quanto un dissipatore di calore attivo. Tuttavia, i dissipatori di calore passivi sono ampiamente utilizzati perché sono economici e non richiedono elettricità. Ma quando si sceglie il dissipatore di calore passivo. Gli scambiatori di calore passivi includono microcontrollori, microprocessori, chipset, ecc.
Il dissipatore di calore ibrido è il tipo che utilizza metodi di trasferimento del calore passivi e attivi. In condizioni di basso spreco di calore, non utilizza la ventola. Il calore può essere trasferito lontano dalla convezione naturale. Ma se la temperatura è estremamente alta, la ventola si aprirà in autunno in modo che il calore venga trasferito rapidamente ed efficientemente.
Materiali adatti per la progettazione del dissipatore di calore
Elevata conduttività termica, proprietà leggere e convenienza sono utili per una migliore eliminazione del calore. Alcuni dei materiali adatti per la progettazione del dissipatore di calore includono:
- Alluminio
L'alluminio è ampiamente utilizzato per la sua estrema conduttività termica, la sua natura leggera e il prezzo conveniente. È l'opzione comune nei dispositivi elettrici. Ad esempio, i LED spesso scelgono l'alluminio come dissipatore di calore.
- Leghe di alluminio
Combinando l'alluminio con altri metalli si otterrà una migliore prestazione in termini di resistenza rispetto al lavorare con una forma pura di alluminio. Le leghe di alluminio mantengono un profilo leggero. La lega comunemente utilizzata è l'alluminio 1050.
- Rame
Il rame offre una conduttività termica più elevata dell'alluminio ed è adatto a dispositivi e componenti grazie alle sue migliori proprietà di scambio. Le CPU spesso usano il rame come componente sensibile nei dissipatori di calore grazie alla sua efficienza di lavoro.
- Grafite
Rispetto al rame, la grafite ha una conduttività termica più elevata. Inoltre, è estremamente leggera. La grafite viene applicata in alcune situazioni che richiedono una leggera eliminazione del calore, ma è più costosa e fragile.
- Ceramici
Questo materiale ha una conduttività termica inferiore rispetto ad altri metalli. Pertanto, la ceramica può essere utilizzata solo in alcune applicazioni specifiche grazie alle sue proprietà di isolamento termico ed elettrico.
Tecniche di produzione comuni per i dissipatori di calore
Sono necessari vari tipi e materiali per diversi metodi di costruzione di dissipatori di calore. Ad esempio, alcune tecniche avanzate sono spesso utilizzate per la lavorazione CNC mentre la pressofusione è adatta per processi semplici.
Per la complessa costruzione di un dissipatore di calore, le macchine CNC sono l'opzione ideale per passare attraverso la parte di un dissipatore di calore in modo efficiente. Questi tipi di macchine hanno funzioni per la foratura, la fresatura e la tornitura. Un progetto deve solo essere realizzato nel software CAD e trasferito alla fabbricazione per realizzare i componenti. Un metodo preciso per progettare parti strutturali del dissipatore di calore, inclusa la finitura della superficie inferiore.
L'estrusione è ideale per costruire dissipatori di calore semplici e uniformi in grandi quantità. Sebbene non possa gestire la progettazione complessa del dissipatore di calore, la sua produzione conveniente potrebbe risultare interessante per te. L'alluminio 6063 è un materiale comune nell'estrusione del dissipatore di calore perché è un buon conduttore termico.
Se conosci il processo di stampaggio a iniezione, potresti trovare facile capire la pressofusione. Queste due tecniche sono simili. Nella pressofusione, l'alluminio viene riscaldato a una temperatura elevata e diventa liquido e versato nello stampo per realizzare il componente del dissipatore di calore. Quando si completa la pressofusione, viene prodotto un prodotto finale completo. Questa tecnica è ampiamente utilizzata e può riparare progetti strutturali più complessi.
Suggerimenti da considerare durante la progettazione del dissipatore di calore
Il design corretto del dissipatore riscaldato è davvero importante per realizzare una soluzione di gestione termica efficiente. I seguenti fattori possono essere considerati durante la progettazione del dissipatore di calore:
- Forma e disposizione of Alette del dissipatore di calore
Le alette sono le parti essenziali di un dissipatore di calore che possono aiutare a trasferire il calore all'aria circostante in modo efficiente e rapido. La forma e la disposizione delle alette influenzano il flusso del calore. Inoltre, anche il numero e le dimensioni lo influenzano. Pertanto, è necessario considerare il design e la disposizione delle alette in modo che l'aria possa circolare in modo fluido ed efficiente. Per ottenere la migliore dissipazione del calore, è meglio ottimizzare la forma, le dimensioni e la disposizione del dissipatore di calore, in modo che il componente elettrico possa essere condotto e dissipato bene.
- Resistenza termica
La resistenza termica è il fattore chiave per quanto riguarda l'efficienza con cui il calore viene trasferito dai semiconduttori all'ambiente tramite il dissipatore di calore. È importante scegliere la giusta resistenza termica per il dissipatore di calore. La resistenza termica influenza la temperatura e quanto bene si raffredda nel dissipatore di calore.
Trovare il calore di convezione:
Qc = 2hA(Tcompent – Tambiente) Dove
h = 1.42[(Tcompente – Tambiente)/H] ＾0.25
A = HL + t(2H + L)
Qc: 2hA (Tcompente – Tambiente)
Noterete che c'è una superficie separata in A2 dove il calore può essere trasferito, il che determina il potere calorifico convettivo qui:
Qc = 2h2A2(Tcompent – Tambiente) Dove
s = 2.71 [ gβ(Tcompente – Tambiente )/Lαv ]
A2 = L[2(H – b) + sb] + tL
Il calcolo per trovare il calore generato attraverso l'irraggiamento:
Qr2 = 2ϵσA2( T4componente – T4ambiente )
Qr = 2ϵσA1( T4componente – T4ambiente
Dove
A2 = L(t + s) + 2(tH + sb
Il numero totale di pinne è calcolato da:
Fn = 1 + [(Q – Qr2 – Qc2) / (Qr1 + Qc1)]
La larghezza di una pinna è calcolata da:
W = (N – 1) + Nt
- Metodi di collegamento del dissipatore di calore
I dissipatori di calore sono utilizzati in diversi dispositivi, che sono principalmente componenti meccanici. Il metodo di fissaggio del dissipatore di calore ha una grande influenza sulla dissipazione del calore. Prima di scegliere il metodo di fissaggio del dissipatore di calore, si prega di considerare i requisiti meccanici e termici del dispositivo. I metodi comuni per il fissaggio del dissipatore di calore includono:
Clip di plastica
Clip per filo
Puntine
Nastri termici
Epoxy
Applicazioni comuni dei dissipatori di calore
La gamma di dissipatori di calore è ampiamente utilizzata e sono usati principalmente come dispositivi elettronici. Il fatto è che il dispositivo elettrico genererà molto calore elevato quando funziona e può raffreddare la sua temperatura. Questi dispositivi hanno un impatto sulle prestazioni del semiconduttore. Pertanto, un dissipatore di calore può regolare continuamente la temperatura del dispositivo durante il funzionamento. Le applicazioni dei dissipatori di calore sono conclusive:
- Amplificatori
Il calore generato dal transistor di potenza può causare perdite di corrente. Un aumento della corrente del collettore causa la dissipazione di più potenza. Ciò può causare un aumento della temperatura. Quel che è peggio, a volte può verificarsi un ciclo di runaway termico che danneggia il transistor. Tuttavia, i dissipatori di calore possono prevenire questo danno riducendo rapidamente il calore sulle loro superfici.
- CPU
Durante il funzionamento del computer, i chip della CPU e la scheda grafica sono in overlock e generano un calore enorme. Il dissipatore di calore può scambiare rapidamente il calore nel CPS con il chip, conducendolo lungo la superficie e dissipandolo nell'aria.
- Optoelettronica
Un'applicazione comune per il dissipatore di calore sono i diodi ad emissione luminosa (LED) e i laser. Per il motivo che questi dispositivi non hanno una capacità sufficiente per ridurre al minimo i livelli di temperatura operativa. Il mezzo di raffreddamento gioca un ruolo molto importante per il dispositivo, che può garantire longevità perché la temperatura di lavoro infetta la durata di vita.
Inizia a progettare facilmente il tuo dissipatore di calore
Il design del dissipatore di calore è importante per garantire che il dissipatore di calore possa funzionare adeguatamente. In tutti i dispositivi elettronici, i dissipatori di calore sono indispensabili. Pertanto, la progettazione del dissipatore di calore non può avere qualcosa di sbagliato. Prima di intraprendere questo progetto, è meglio che tu comprenda le basi. Inoltre, è necessario continuare a migliorare il design del dissipatore di calore in base alle tue esigenze.
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