La taille croissante des appareils électroniques modernes a entraîné une augmentation de la densité de dissipation de la chaleur. La chaleur générée à ce niveau affecte les performances des appareils électroniques. Pour maintenir l'efficacité et la longévité, il est nécessaire de disposer d'un moyen efficace de dissiper la chaleur des appareils électroniques.
À ce stade, un dissipateur thermique bien choisi peut être une bonne solution au problème de la dissipation de la chaleur des composants électroniques. Bien que les composants électroniques aient leurs propres propriétés de refroidissement, l'utilisation d'un dissipateur thermique est également un bon choix.
Pour choisir le bon dissipateur thermique, vous devez tenir compte de trois facteurs. Il s'agit de l'évaluation minutieuse des exigences de conception, des propriétés des matériaux et de la gestion de la résistance thermique. En choisissant le bon dissipateur thermique, vous pouvez améliorer efficacement les performances thermiques, optimiser l'efficacité énergétique et éviter les surchauffes.
Chez Trumonytechs, nous pouvons vous fournir des solutions thermiques spécialisées. Si vous avez simplement besoin de matériaux thermiques, alors nos matériaux d'interface sont également une option idéale.
Table des matières
A quoi servent les radiateurs ?
Le dissipateur thermique est généralement constitué d'un matériau thermoconducteur (cuivre/aluminium) conçu pour dissiper la chaleur par refroidissement liquide, convection naturelle, convection forcée ou rayonnement. Son objectif principal est de conduire la chaleur de l'élément chauffant vers un environnement plus frais. À titre d'exemple, la manière conventionnelle de dissiper la chaleur est qu'un solide émet sa température directement dans l'air, le refroidissant ainsi. L'avènement des dissipateurs de chaleur, en revanche, fournit un milieu conducteur de chaleur directement entre le solide et l'air. La bonne conductivité thermique est obtenue en augmentant la surface de contact entre le composant et le liquide de refroidissement, combinée aux propriétés de conductivité thermique du matériau lui-même, ce qui permet de maintenir la température en dessous de la température maximale spécifiée par le fabricant de l'équipement.
Toutefois, les exigences en matière de dissipation de la chaleur varient selon les applications. Par conséquent, vous devez choisir le bon dissipateur thermique en fonction de vos besoins actuels en matière de refroidissement. Mais ne vous inquiétez pas, Trumonytechs, en tant que experts en gestion thermiqueNous avons l'expérience nécessaire pour vous guider pas à pas.
Gestion de la résistance thermique
Comprendre la résistance thermique et son importance dans la gestion de la chaleur
La résistance thermique est un paramètre clé utilisé pour évaluer l'efficacité du transfert de chaleur d'une source de chaleur vers le milieu environnant. Mesurée en °C/W, elle quantifie l'augmentation de température générée par watt de consommation électrique. Plus la résistance thermique est faible, mieux le système dissipe la chaleur, garantissant ainsi que les composants restent dans une plage de température de fonctionnement sûre.
La résistance thermique peut être considérée comme la somme de plusieurs chemins critiques : la puce vers le boîtier du module, le boîtier et le dissipateur thermique (résistance de l'interface thermique), et la résistance entre le dissipateur thermique et le fluide en circulation. Chaque chemin affecte la résistance thermique globale. Il est essentiel de comprendre comment chaque élément influe sur la résistance thermique pour choisir le bon dissipateur thermique. Comment calculer la résistance thermique ? Nous l'expliquons ci-dessous.
Calcul de la résistance thermique
Pour calculer efficacement la résistance thermique, il est important de connaître l'élévation de température maximale autorisée dans le système afin de sélectionner le dissipateur thermique le plus approprié. Par exemple, de la température ambiante à la température maximale de fonctionnement de l'équipement. Cela permet de déterminer la résistance thermique maximale admissible du dissipateur thermique.
Semblable au boîtier TO-220, qui est un boîtier de semi-conducteur couramment utilisé dans l'électronique de puissance. Dans ce cas, la consommation d'énergie de l'appareil génère de la chaleur. La résistance thermique entre la puce et le boîtier du composant, entre le boîtier et le dissipateur de chaleur, et entre le dissipateur de chaleur et le liquide de refroidissement doit être prise en compte. En calculant la consommation d'énergie et en combinant les résistances individuelles, on peut déterminer la résistance thermique requise du dissipateur de chaleur.
Plus la résistance thermique de chaque chemin est faible, plus le transfert de chaleur est efficace. Cela permet d'éviter la surchauffe et de garantir la durée de vie et la fiabilité des composants. Une résistance thermique trop élevée sur un chemin donné peut entraîner un refroidissement inadéquat, réduire les performances ou même provoquer une défaillance de l'équipement.
Cela peut s'avérer un peu délicat et nécessite un équipement de mesure spécialisé. Heureusement, Trumonytechs peut fournir une analyse de modélisation spécialisée. Nous pouvons examiner la géométrie et les paramètres du dissipateur thermique afin d'identifier le dissipateur thermique qui répond aux exigences les plus élevées.
Méthodes de réduction de la résistance thermique
Afin de réduire la résistance thermique, il est important d'utiliser des matériaux d'interface thermique (MIT) efficaces, tels que la graisse thermique ou les coussinets thermiques, qui comblent les petits espaces d'air entre l'élément chauffant et le dissipateur thermique, et peuvent être utilisés pour remplir ces espaces avec leur conductivité thermique élevée afin d'améliorer le transfert de chaleur. Les dissipateurs thermiques, quant à eux, constituent une autre stratégie efficace de dissipation de la chaleur, car ils peuvent être façonnés de manière à maximiser la surface du dissipateur thermique en augmentant le nombre d'ailettes ou en ajustant la forme pour obtenir un transfert de chaleur efficace. Les deux peuvent fonctionner en tandem pour absorber et dissiper efficacement la chaleur du composant afin d'obtenir une faible résistance thermique.
Sélection des matériaux
Lors de la conception d'un dissipateur thermique, le choix du matériau est essentiel pour optimiser la dissipation de la chaleur et garantir l'efficacité et la longévité des composants. Les deux matériaux les plus couramment utilisés pour les dissipateurs thermiques et les solutions de refroidissement sont l'aluminium et le cuivre. Chaque matériau a ses avantages et ses limites, en fonction de l'application.
Aluminium : L'aluminium est largement utilisé en raison de sa rentabilité et de sa capacité à être facilement extrudé en différentes formes. Il possède une bonne conductivité thermique et peut être utilisé dans la plupart des applications de refroidissement conventionnelles. En outre, l'aluminium est léger, ce qui explique qu'il soit largement utilisé dans les secteurs de l'électronique et de l'automobile. Toutefois, la conductivité thermique de l'aluminium n'est que la moitié de celle du cuivre, ce qui peut ne pas répondre aux besoins de certaines applications à conductivité thermique élevée.
Le cuivre : Le cuivre possède une excellente conductivité thermique, environ deux fois supérieure à celle de l'aluminium. Il est donc idéal pour les applications à forte conductivité thermique. Les exemples incluent l'électronique de puissance, les processeurs à haute performance et les systèmes de refroidissement des LED. Le cuivre est également un matériau qui présente une excellente résistance à la corrosion par rapport à l'aluminium, ce qui en fait un matériau idéal pour les applications résistantes à la corrosion. Toutefois, la densité plus élevée du cuivre correspond à un poids plus important, ce qui peut le rendre moins adapté aux applications exigeant un poids élevé. Il est également plus cher que l'aluminium, ce qui le rend moins adapté aux applications dont le budget est limité.
Autres matériaux et composites : Pour les scénarios de performances extrêmes, les solutions composites telles que les dissipateurs thermiques revêtus et les panneaux refroidis par liquide sont idéales. Ces matériaux permettent d'améliorer les performances telles que le transfert de chaleur, la résistance à la corrosion et la réduction du poids. En combinant un substrat métallique avec un revêtement thermoconducteur, ces matériaux augmentent l'efficacité du transfert de chaleur et réduisent la corrosion. Par ailleurs, l'utilisation de la technologie de refroidissement liquide dans les véhicules électriques modernes, tels que le Le système de refroidissement des batteries de Teslaest un exemple clair.
Méthode de refroidissement et type de conception
Un refroidissement efficace est essentiel pour maintenir les performances, la fiabilité et la durée de vie des appareils électroniques. Il existe deux méthodes principales de refroidissement : le refroidissement passif et le refroidissement actifChacun d'entre eux a des applications spécifiques en fonction des exigences du système. En outre, les innovations en matière de conception des structures de dissipation thermique et de simulations thermiques sont à l'origine de progrès dans les technologies de refroidissement.
Refroidissement passif et refroidissement actif
Le refroidissement passif s'appuie sur la convection naturelle et le rayonnement pour dissiper la chaleur. Cette approche n'implique aucune pièce mobile ni consommation d'énergie supplémentaire, ce qui la rend idéale pour les environnements nécessitant un fonctionnement silencieux ou les systèmes sans source d'alimentation externe. Les solutions de refroidissement passif sont couramment utilisées dans les appareils IoT, les systèmes d'éclairage tels que les LED, et les appareils électroniques à faible consommation. Cependant, elles ont des capacités limitées de dissipation de la chaleur et ne sont pas adaptées aux systèmes à haute performance ou à forte intensité thermique.
Le refroidissement actif, quant à lui, utilise des ventilateurs ou des pompes pour augmenter le flux d'air ou de liquide à travers un dissipateur thermique ou une plaque de refroidissement, augmentant ainsi l'efficacité de la dissipation de la chaleur. Le refroidissement actif est essentiel pour des applications telles que l'informatique de haute performance, les centres de données et les véhicules électriques (VE) qui doivent gérer d'importantes charges thermiques. Bien que les systèmes de refroidissement actifs soient plus complexes et nécessitent une alimentation électrique, ils permettent une meilleure dissipation de la chaleur que les solutions passives.
Formes et dispositions des dissipateurs thermiques
La forme et la disposition des ailettes du radiateur jouent un rôle essentiel dans l'efficacité du refroidissement. Les modèles les plus courants sont les ailettes droites, les ailettes en épingle et les ailettes courbes, chacun d'entre eux étant adapté à des scénarios spécifiques. Par exemple, les ailettes droites sont plus faciles à fabriquer et sont largement utilisées dans les unités compactes. Les ailettes à aiguilles, quant à elles, offrent une plus grande surface et sont idéales pour les conditions de flux d'air turbulent. Les ailettes courbes optimisent le flux d'air et améliorent la dissipation de la chaleur dans les systèmes où l'espace est limité.
La maximisation de la surface et l'optimisation des flux d'air sont des principes de conception essentiels. Une plus grande surface améliore l'échange thermique, tandis que la conception du flux d'air évite les points chauds et assure un refroidissement uniforme. Ces facteurs affectent de manière significative l'efficacité globale du dissipateur thermique, c'est pourquoi il est essentiel de faire des choix de conception précis.
Ceux-ci peuvent être évalués à l'aide des services de modélisation de Trumonytechs pour évaluer la performance thermique de différentes formes et configurations d'ailettes.
Simulation et optimisation
Les outils de simulation thermique, tels que SimScale et ANSYS, permettent aux ingénieurs d'évaluer les conceptions de refroidissement avant la production. Ces outils prédisent les flux de chaleur, identifient les goulets d'étranglement thermiques et recommandent les meilleures combinaisons de matériaux et de structures. Les simulations réduisent le besoin de prototypes coûteux et garantissent que les conceptions finales répondent aux exigences de performance.
Faire le meilleur choix en tenant compte de plusieurs facteurs
Les dissipateurs de chaleur sont des composants thermiques importants dans les appareils électroniques actuels. Pour choisir le bon assemblage de dissipateurs thermiques, il faut tenir compte de la résistance thermique, de la sélection des matériaux et de l'optimisation de la conception afin de s'assurer que les composants électroniques fonctionnent dans les limites spécifiées par le fabricant. En dissipant efficacement la chaleur des composants électroniques, nous pouvons garantir que l'équipement électronique fonctionne de manière optimale et éviter que sa durée de vie ne soit réduite en raison d'une surchauffe. Si vous avez des questions, vous pouvez utiliser nos solutions de simulation pour déterminer la géométrie et les paramètres des composants de dissipation thermique pour une dissipation thermique optimale.
