La demande croissante d’électronique haute performance a conduit à la production d’électronique avancée dotée de microprocesseurs rapides et de densités de transistors élevées. Cette modification technologique des composants de ces appareils électroniques a entraîné une augmentation de la charge thermique pendant le fonctionnement. Par conséquent, un système de gestion thermique doté d’une conception de dissipateur thermique adaptée est idéal pour garantir des performances optimales de l’électronique.
Pour éviter les pannes du système électronique et garantir une dissipation efficace de la chaleur, les dissipateurs thermiques sont idéaux pour fournir des effets de refroidissement dans l'électronique. Ainsi, dans cet article, nous répondrons à la question : comment fonctionne un dissipateur thermique ? Nous explorerions également l'importance d'un dissipateur thermique, les bases de la conception d'un dissipateur thermique et comment optimiser la conception d'un dissipateur thermique pour des performances électroniques optimales. Allons-y directement.
Principes de base de la conception du dissipateur thermique
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 l’environnement. Cet environnement est le plus souvent un milieu fluide à basse température comme l’air ou un liquide de refroidissement.
Les dissipateurs de chaleur 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 dotés d'un ventilateur sont appelés « 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.
- Maintien de l'énergie thermique
Un dissipateur thermique maintient l'énergie thermique contrôlée du dispositif 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 un large éventail d’applications, notamment dans les appareils électroniques. La raison en est que ces appareils génèrent une grande quantité de chaleur pendant leur fonctionnement et ne peuvent pas modérer leur température. Cette chaleur générée peut avoir un impact sur les performances des semi-conducteurs du dispositif électronique. Cela entraîne donc la défaillance des composants et, finalement, l’endommagement de l’appareil.
Analyser les performances thermiques de chaque appareil électronique est une tâche ardue. Par conséquent, la conception du dissipateur thermique consiste à fournir un refroidissement supplémentaire à ces appareils en dissipant la chaleur vers l'environnement provenant des composants électriques tels que les diodes, les régulateurs de tension, les transistors et les circuits intégrés.
Facteurs et conseils 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 thermique doit avoir une résistance thermique considérable. Ceci, à son tour, déterminera la rapidité avec laquelle le transfert de chaleur aura 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 dissipateur de chaleur
La plupart des dissipateurs thermiques sont fabriqués en alliages d'aluminium et de cuivre car ils sont hautement conducteurs. L'aluminium est moins cher et 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 dominant. Cette combinaison s'est avérée plus efficace et peut être utilisée dans votre module pour la construction d'un dissipateur thermique.
· 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 nageoires
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 permettant à l'air de passer à travers le dissipateur thermique. Ils jouent donc un rôle crucial dans le 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 thermique
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 quelle méthode de fixation est la plus appropriée.
Il existe de nombreuses méthodes pour fixer un dissipateur thermique à un appareil électronique. Les méthodes courantes sont :
– Bandes thermiques.
– Clips de fil
– Pinces 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 (Rhs)
Rhs = (Tj-Tmb/P) – (Rth-jc)-Rinterface
Tj: Température maximale de jonction de l'appareil en 0C.
Rth-jc: Résistance thermique jonction-boîtier
Tavec: Température de l'air ambiant à 0C.
P : Chaleur dissipée par la source de chaleur
Rinterface: Résistance du matériau d'interface thermique
Rinterface = (tint/Ls x Ls xkinterface)
tinterface: Épaisseur du matériau de l'interface thermique
kinterface: Conductivité thermique du matériau d'interface
Ls: Longueur de la source de chaleur
Ws: 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 revêtent une grande importance et leur conception est soigneusement structurée pour garantir des performances efficaces. De nombreux éléments doivent donc être pris en considération. Cet article traite des 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 de soutien pour des conseils de fabrication. Si vous avez déjà un fichier CAO, téléchargez-le maintenant pour obtenir un devis instantané pour votre conception.
QFP
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 énumérés ci-dessus
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.
