Optimice el diseño de su disipador de calor:principios y cuatro consejos prácticos

La creciente demanda de productos electrónicos de alto rendimiento ha llevado a la producción de productos electrónicos avanzados con microprocesadores rápidos y densidades de transistores altas. Esta modificación tecnológica en los componentes de dicha electrónica ha resultado en una mayor carga de calor durante la operación. Por lo tanto, un sistema de gestión térmica que cuente con el diseño de disipador de calor adecuado es ideal para garantizar el rendimiento óptimo de la electrónica.

Para evitar fallas en el sistema de la electrónica y garantizar una disipación de calor eficiente, los disipadores de calor son ideales para proporcionar efectos de enfriamiento en la electrónica. Por ello, en este artículo responderíamos a la pregunta:¿cómo funciona un disipador de calor? También exploraríamos la importancia de un disipador de calor, los conceptos básicos de un diseño de disipador de calor y cómo optimizar un diseño de disipador de calor para un rendimiento electrónico óptimo. Empecemos de lleno.

Conceptos básicos de diseño de disipadores de calor

Un disipador de calor es un componente mecánico que se utiliza en dispositivos electrónicos para evitar el sobrecalentamiento de los componentes eléctricos proporcionando refrigeración adicional. Disipa el calor de un componente eléctrico, generalmente un transistor de potencia, al entorno circundante. Este entorno suele ser un medio fluido a temperatura más baja, como el aire o un refrigerante líquido.

Los disipadores de calor suelen estar en transistores o procesadores. Los fabricantes les colocan un ventilador incorporado para disipar la energía de la electrónica. Sin embargo, no todos los disipadores de calor tienen conexión a un ventilador. Los que tienen un accesorio de ventilador son "Disipadores de calor activos" y los que no tienen disipador de calor se conocen como "Disipadores de calor pasivos".

Importancia de usar disipadores de calor

Un disipador de calor es importante en la mayoría de los productos electrónicos debido a su capacidad para evitar el sobrecalentamiento de los componentes eléctricos. Por lo tanto, el dispositivo podrá funcionar a la temperatura especificada. A continuación se presentan otras razones por las que los disipadores de calor son importantes.

• Mantenimiento de Energía Térmica

Un disipador de calor mantiene la energía térmica controlada del dispositivo electrónico mediante la transferencia de calor de los elementos del circuito electrónico al entorno.

• Mejora la confiabilidad electrónica

Un disipador de calor mejora la confiabilidad de los dispositivos electrónicos debido a que previene la falla de los componentes por su función.

• También Proporciona Calor

Los disipadores de calor proporcionan calor en caso de descenso de temperatura dentro del circuito eléctrico.

Debido a tal importancia, los disipadores de calor ahora son componentes esenciales de muchos dispositivos electrónicos. Por ejemplo, son parte de la unidad central de procesamiento de las computadoras.

Aplicaciones

Los disipadores de calor tienen una amplia gama de aplicaciones, especialmente en dispositivos electrónicos. La razón es que estos dispositivos generan una gran cantidad de calor durante su funcionamiento y no pueden moderar su temperatura. Este calor generado puede afectar el rendimiento de los semiconductores dentro del dispositivo electrónico. Por lo tanto, resultando en la falla de los componentes y, en última instancia, en el daño del dispositivo.

Analizar el rendimiento térmico de cada dispositivo electrónico es una tarea. Por lo tanto, el diseño de los disipadores de calor es para proporcionar enfriamiento adicional a estos dispositivos al disipar el calor de los componentes eléctricos como diodos, reguladores de voltaje, transistores y circuitos integrados hacia el entorno.

Factores y consejos en el diseño de disipadores de calor

La disipación efectiva de energía térmica por un disipador de calor depende en gran medida de su diseño. Como intercambiador de calor pasivo, el diseño de un disipador de calor debe permitir una fácil transferencia de calor a su entorno. Este proceso de transferencia de calor suele ser por conducción, convección o radiación. A veces, es una combinación de estos tres métodos de transferencia de calor. Para una construcción eficiente del disipador de calor, hay muchos factores a considerar. A continuación se incluye una explicación de los factores convincentes que debe incluir antes de aprender a crear un disipador de calor.

Resistencia Térmica

La resistencia térmica se refiere a la resistencia al flujo de calor entre el semiconductor y el entorno. El entorno puede ser aire ambiente o un líquido refrigerante.

Determinar la resistencia térmica de un dispositivo es importante en la selección de disipadores de calor. Esto se debe a que el camino para la disipación de calor debe tener una cantidad considerable de resistencia térmica. Esto, a su vez, determinará qué tan rápido se lleva a cabo la transferencia de calor. La resistencia térmica asegura la eficiencia de un disipador de calor ya que muestra si hay una reducción de temperatura.

Materiales utilizados en el diseño térmico

· Material del disipador de calor

La mayoría de los disipadores de calor provienen de aleaciones de aluminio y cobre porque son altamente conductivos. El aluminio es menos costoso y es ideal en función de su ductilidad que facilita su diseño para fabricar disipadores de calor. Hay otros materiales. Por ejemplo, el cobre, debido a su alta conductividad térmica y resistencia a la corrosión, suele formar parte del diseño del disipador de calor. Sin embargo, el aluminio es el material más dominante. Esta combinación ha demostrado ser más efectiva y puede emplearse en su módulo para la construcción de disipadores de calor.

· Materiales de interfaz

Los materiales de interfaz térmica son el material que forma el espacio entre el disipador de calor. Normalmente es aire. Sin embargo, algunos fabricantes utilizan otros materiales como la mica. Los materiales de interfaz térmica reducen la resistencia térmica de un dispositivo electrónico y aseguran su rápida transferencia de energía térmica.

El calor generado por el dispositivo es una suma de la generación de calor de su componente. Dado que el componente tiene una resistencia térmica variable, no es fácil garantizar una disipación efectiva del calor. Para garantizar un flujo de calor efectivo desde el dispositivo electrónico, minimice la resistencia térmica. Esto es posible mediante la incorporación de un material de interfaz térmica.

Forma y disposición de las aletas

La disipación eficiente del calor del dispositivo a un medio refrigerante también depende de la disposición de las aletas. El diseño del disipador de calor normalmente presenta aletas soldadas durante la construcción del disipador de calor. La orientación de estas aletas es proporcionar un área de superficie que permita que el aire pase a través del disipador de calor. Por lo tanto, son críticos en el proceso de enfriamiento.

Por lo tanto, la eficiencia de las aletas del disipador de calor depende de la forma de las aletas y debe tenerlo en cuenta para garantizar una convección eficaz del calor del dispositivo electrónico y, a su vez, garantizar la refrigeración del dispositivo y del disipador de calor.

Métodos de fijación del disipador de calor

La eficacia de los disipadores de calor mejorará eligiendo un método de fijación adecuado. Este proceso de selección debe considerar los requisitos térmicos y mecánicos del dispositivo antes de decidir qué método de conexión es el más adecuado.

Si bien existen muchos métodos para conectar un disipador de calor a un dispositivo electrónico. Los métodos comunes son:

– Cintas Térmicas.

– Clips de alambre

– Clips de plástico.

– Chinchetas.

– Tornillos con resorte.

Calculadora de resistencia térmica del diseño del disipador de calor

El diseño de un disipador de calor también implica la comprensión de algunos cálculos relacionados con la resistencia térmica. La siguiente ecuación se utiliza para calcular la resistencia al calor térmico (R_hs )

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

T_j :Temperatura máxima de unión del dispositivo en 0C.

R_th-jc :Unión a la resistencia térmica de la caja

T_amb :Temperatura ambiente del aire a 0C.

P:Calor disipado de la fuente de calor

R_interfaz :Resistencia del material de interfaz térmica

R_interfaz =(t_int /L_s x W_s x k_interfaz )

t_interfaz :Grosor del material de interfaz térmica

k_interfaz :Conductividad térmica del material de interfaz

L_s :Longitud de la fuente de calor

W_s :Ancho de la fuente de calor

Conocer el cálculo viene con la comprensión de lo anterior. Por lo tanto, será fácil incorporar dichos parámetros en el diseño del disipador de calor para obtener una resistencia al calor térmico mayor que la temperatura de funcionamiento más alta de un semiconductor. Además, a partir de la ecuación, puede calcular la dimensión óptima del disipador de calor para que tenga la temperatura de fuente de calor más baja.

Conclusión

Los disipadores de calor son de gran importancia, ya que el diseño de los disipadores de calor se estructura cuidadosamente para garantizar un rendimiento efectivo. Por lo tanto, muchas cosas deben ser tomadas en consideración. Este artículo habla sobre los factores que pueden ayudar en el diseño del disipador de calor. También responde preguntas como, por ejemplo, cómo funciona un disipador de calor y consejos para incluir en su guía de diseño.

Con este conocimiento, puede optimizar el diseño de su disipador de calor para un mejor rendimiento. ¿Quieres el mejor diseño de disipador de calor a un precio bajo? Entonces debería utilizar nuestros servicios. Consulte con nuestro equipo de soporte para obtener consejos de fabricación. Si ya tiene un archivo CAD, cárguelo ahora para obtener una cotización instantánea para su diseño.

Preguntas frecuentes

¿Cuántos disipadores de calor necesito para un proyecto?

El uso de un disipador de calor no debe determinarse al azar. Cada proyecto es único y, como tal, la cantidad de disipadores de calor que se utilizarán dependerá en gran medida del tamaño de su proyecto. Además, tenga en cuenta los factores de diseño del disipador de calor enumerados anteriormente

¿Existen materiales alternativos para la producción de disipadores de calor?

Aparte del uso de aleaciones de cobre y aluminio en la producción de disipadores de calor, ha habido un gran avance en el uso de aluminio combinado con materiales derivados del carbono. Estos materiales derivados del carbono poseen una conductividad térmica superior a la del cobre, y su fusión con el aluminio, que es dúctil, lo convierte en una alternativa perfecta. También se han utilizado materiales compuestos de grafito natural. Sin embargo, los disipadores de calor convencionales de aluminio y cobre han demostrado tener un mejor rendimiento que las alternativas.