Optimisez la conception de votre dissipateur thermique :principes et quatre conseils pratiques

La demande croissante d'électronique haute performance a conduit à la production d'électronique de pointe avec des microprocesseurs rapides et des densités de transistors élevées. Cette modification technologique des composants d'une telle électronique a entraîné une augmentation de la charge thermique pendant le fonctionnement. Par conséquent, un système de gestion thermique doté de la bonne conception de dissipateur thermique est idéal pour garantir des performances optimales de l'électronique.

Afin d'éviter une défaillance du système de l'électronique et de garantir une dissipation thermique efficace, les dissipateurs thermiques sont idéaux pour fournir des effets de refroidissement dans l'électronique. Par conséquent, dans cet article, nous répondrions à la question :comment fonctionne un dissipateur thermique ? Nous explorerons également l'importance d'un dissipateur thermique, les bases d'une conception de dissipateur thermique et comment optimiser une conception de dissipateur thermique pour des performances électroniques optimales. Allons-y.

Principes de base de la conception du dissipateur de chaleur

Un dissipateur thermique est un composant mécanique utilisé dans les appareils électroniques pour empêcher la surchauffe des composants électriques en fournissant un refroidissement supplémentaire. Il dissipe la chaleur d'un composant électrique, généralement un transistor de puissance, vers le milieu environnant. Cet environnement est le plus souvent un milieu fluide à basse température comme l'air ou un liquide de refroidissement.

Les dissipateurs thermiques se trouvent généralement dans des transistors ou des processeurs. Les fabricants les équipent d'un ventilateur intégré pour dissiper l'énergie de l'électronique. Cependant, tous les dissipateurs thermiques ne sont pas connectés à un ventilateur. Ceux qui sont équipés d'un ventilateur sont des "dissipateurs de chaleur actifs", et ceux sans dissipateur de chaleur sont appelés "dissipateurs de chaleur passifs".

Importance d'utiliser des dissipateurs de chaleur

Un dissipateur thermique est important dans la plupart des produits électroniques en raison de sa capacité à empêcher la surchauffe des composants électriques. Par conséquent, l'appareil pourra fonctionner à la température spécifiée. Vous trouverez ci-dessous d'autres raisons pour lesquelles les dissipateurs de chaleur sont importants.

• Maintenance de l'énergie thermique

Un dissipateur thermique maintient l'énergie thermique contrôlée de l'appareil électronique en transférant la chaleur des éléments du circuit électronique vers l'environnement.

• Améliore la fiabilité électronique

Un dissipateur thermique améliore la fiabilité des appareils électroniques car il empêche la défaillance des composants par sa fonction.

• Il fournit également de la chaleur

Les dissipateurs thermiques fournissent de la chaleur en cas de baisse de température dans le circuit électrique.

Sur la base d'une telle importance, les dissipateurs thermiques sont désormais des composants essentiels de nombreux appareils électroniques. Par exemple, ils font partie de l'unité centrale de traitement des ordinateurs.

Applications

Les dissipateurs thermiques ont une large gamme d'applications, en particulier dans les appareils électroniques. La raison en est que ces appareils génèrent une grande quantité de chaleur pendant le fonctionnement et qu'ils ne peuvent pas modérer leur température. Cette chaleur générée peut avoir un impact sur les performances des semi-conducteurs à l'intérieur du dispositif électronique. Par conséquent, entraînant une défaillance des composants et finalement des dommages à l'appareil.

Analyser les performances thermiques de chaque appareil électronique est une tâche ardue. Par conséquent, la conception des dissipateurs thermiques consiste à fournir un refroidissement supplémentaire à ces appareils en dissipant la chaleur environnante des composants électriques tels que les diodes, les régulateurs de tension, les transistors et les circuits intégrés.

Facteurs et astuces dans la conception de dissipateurs thermiques

La dissipation efficace de l'énergie thermique par un dissipateur thermique dépend largement de sa conception. En tant qu'échangeur de chaleur passif, une conception de dissipateur de chaleur doit permettre un transfert de chaleur facile vers son environnement. Ce processus de transfert de chaleur se fait généralement par conduction, convection ou rayonnement. Parfois, c'est une combinaison de ces trois méthodes de transfert de chaleur. Pour une construction efficace du dissipateur thermique, de nombreux facteurs doivent être pris en compte. Vous trouverez ci-dessous une explication des facteurs pertinents que vous devez inclure avant d'apprendre à créer un dissipateur thermique.

Résistance thermique

La résistance thermique fait référence à la résistance au flux de chaleur entre le semi-conducteur et l'environnement. L'environnement peut être l'air ambiant ou un fluide caloporteur.

La détermination de la résistance thermique d'un appareil est importante dans le choix des dissipateurs thermiques. En effet, le chemin de dissipation de la chaleur doit avoir une résistance thermique considérable. Ceci, à son tour, déterminera la rapidité avec laquelle le transfert de chaleur a lieu. La résistance thermique garantit l'efficacité d'un dissipateur thermique car elle indique s'il y a une réduction de température.

Matériaux utilisés dans la conception thermique

· Matériau du dissipateur de chaleur

La plupart des dissipateurs thermiques proviennent d'alliages d'aluminium et de cuivre car ils sont très conducteurs. L'aluminium est moins cher, et il est idéal en raison de sa ductilité qui facilite sa conception pour la fabrication de dissipateurs thermiques. Il existe d'autres matériaux. Par exemple, le cuivre, en raison de sa conductivité thermique élevée et de sa résistance à la corrosion, fait généralement partie de la conception du dissipateur thermique. Cependant, l'aluminium est le matériau le plus dominant. Cette combinaison s'est avérée plus efficace et peut être utilisée dans votre module pour la construction de dissipateurs thermiques.

· Matériaux d'interface

Les matériaux d'interface thermique sont le matériau qui constitue l'espace entre le dissipateur thermique. C'est normalement de l'air. Cependant, certains fabricants utilisent d'autres matériaux comme le mica. Les matériaux d'interface thermique réduisent la résistance thermique d'un appareil électronique et assurent son transfert rapide d'énergie thermique.

La chaleur générée par l'appareil est une somme de la génération de chaleur de ses composants. Le composant ayant une résistance thermique variable, il n'est pas facile de garantir une dissipation efficace de la chaleur. Pour garantir un flux de chaleur efficace de l'appareil électronique, minimisez la résistance thermique. Ceci est possible en incorporant un matériau d'interface thermique.

Forme et disposition des ailerons

La dissipation efficace de la chaleur de l'appareil vers un fluide caloporteur dépend également de la disposition des ailettes. La conception du dissipateur thermique comporte normalement des ailettes soudées lors de la construction du dissipateur thermique. L'orientation de ces ailettes est de fournir une surface qui permet à l'air de passer à travers le dissipateur thermique. Par conséquent, ils sont essentiels au processus de refroidissement.

Par conséquent, l'efficacité des ailettes du dissipateur thermique dépend de la forme des ailettes et vous devez en tenir compte pour assurer une convection efficace de la chaleur de l'appareil électronique et, à son tour, garantir le refroidissement de l'appareil et du dissipateur thermique.

Méthodes de fixation du dissipateur de chaleur

L'efficacité des dissipateurs thermiques s'améliorera en choisissant une méthode de fixation appropriée. Ce processus de sélection doit tenir compte des exigences thermiques et mécaniques de l'appareil avant de décider de la méthode de fixation la plus appropriée.

Bien qu'il existe de nombreuses méthodes pour fixer un dissipateur thermique à un appareil électronique. Les méthodes courantes sont :

– Rubans thermiques.

– Clips de fil

– Clips en plastique.

– Punaises.

– Vis à ressort.

Calculateur de résistance thermique de conception de dissipateur thermique

La conception d'un dissipateur thermique s'accompagne également de la compréhension de certains calculs liés à la résistance thermique. L'équation ci-dessous est utilisée pour calculer la résistance à la chaleur thermique (R_hs )

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

T_j :Température de jonction maximale de l'appareil en 0C.

R_th-jc :Résistance thermique jonction-boîtier

T_amb :Température de l'air ambiant à 0C.

P :chaleur dissipée par la source de chaleur

R_interface :Résistance du matériau d'interface thermique

R_interface =(t_int /L_s x W_s x k_interface )

l_interface :Épaisseur du matériau de l'interface thermique

k_interface :Conductivité thermique du matériau d'interface

L_s :Longueur de la source de chaleur

W_s :Largeur de la source de chaleur

Connaître le calcul vient avec la compréhension de ce qui précède. Par conséquent, il sera facile d'intégrer de tels paramètres dans la conception du dissipateur thermique pour obtenir une résistance à la chaleur thermique supérieure à la température de fonctionnement la plus élevée d'un semi-conducteur. De plus, à partir de l'équation, vous pouvez calculer la dimension optimale du dissipateur thermique de sorte que vous ayez la température de source de chaleur la plus basse.

Conclusion

Les dissipateurs thermiques sont d'une grande importance que la conception des dissipateurs thermiques soit soigneusement structurée pour garantir des performances efficaces. Par conséquent, beaucoup de choses doivent être prises en considération. Cet article parle de ces facteurs qui peuvent aider à la conception du dissipateur thermique. Il répond également à des questions telles que le fonctionnement d'un dissipateur thermique et des conseils à inclure dans votre guide de conception.

Grâce à ces connaissances, vous pouvez optimiser la conception de votre dissipateur thermique pour de meilleures performances. Voulez-vous la meilleure conception de dissipateur thermique à bas prix ? Alors vous devriez utiliser nos services. Consultez notre équipe d'assistance pour obtenir des conseils de fabrication. Si vous avez déjà un fichier CAO, téléchargez-le maintenant pour obtenir un devis instantané pour votre conception.

FAQ

De combien de dissipateurs thermiques ai-je besoin pour un projet ?

L'utilisation d'un radiateur ne doit pas être déterminée au hasard. Chaque projet est unique, et en tant que tel, la quantité de dissipateurs thermiques à utiliser dépendra en grande partie de la taille de votre projet. Tenez également compte des facteurs de conception du dissipateur thermique répertoriés ci-dessus

Existe-t-il des matériaux alternatifs pour la production de dissipateurs thermiques ?

Outre l'utilisation d'alliages cuivre-aluminium dans la production de dissipateurs thermiques, il y a eu une percée dans l'utilisation de l'aluminium combiné avec des matériaux dérivés du carbone. Ces matériaux dérivés du carbone possèdent une conductivité thermique supérieure à celle du cuivre, et sa fusion à l'aluminium, qui est ductile, en fait une alternative parfaite. Des matériaux composites en graphite naturel ont également été utilisés. Cependant, les dissipateurs thermiques conventionnels en aluminium et en cuivre se sont avérés plus performants que les alternatives.