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Um dissipador de calor fundido usa o processo de fundição forçando o metal fundido sob alta pressão em uma cavidade moldada. A cavidade moldada do dissipador de calor fundido é criada usando uma matriz de aço endurecido que é cuidadosamente usinada em um formato pré-designado. O equipamento de fundição e as matrizes metálicas representam um grande custo de capital que tende a limitar o processo a aplicações de produção de alto volume.
Benefícios do dissipador de calor fundido
Os dissipadores de calor ajudam a manter uma temperatura operacional consistente, o que ajuda a melhorar a confiabilidade de um dispositivo.
Os dissipadores de calor removem o calor residual de um dispositivo que, de outra forma, reduziria sua vida útil.
Dispositivos como CPUs, por exemplo, funcionam de forma mais eficaz quando estão frios. Um dissipador de calor eficaz pode melhorar o desempenho de um dispositivo.
Se um dissipador de calor passivo puder ser usado, talvez um ventilador de resfriamento não seja necessário. Em última análise, isso reduzirá o ruído do dispositivo.
Um dissipador de calor permite o uso de componentes mais baratos para fazer o mesmo trabalho, resultando em um custo de produção e preço geral mais baixos para os consumidores.
Dissipadores de calor passivos
Um dissipador de calor passivo é o tipo mais simples de dissipador de calor. É simplesmente uma base com barbatanas. O calor é transferido principalmente por convecção natural. À medida que o ar ao redor das aletas aquece por condução, o ar quente subirá, o que fará com que o ar mais frio substitua o ar quente. Este é um processo contínuo. Esses tipos de dissipadores de calor não são os mais eficazes.
Dissipadores de calor híbridos
Um dissipador de calor híbrido utiliza um sistema de controle para decidir quando empregar comportamento passivo ou ativo. Quando a fonte de calor produz baixos níveis de calor, o ventilador ou bomba não é ligado, porque a convecção natural é suficiente para transferir a quantidade necessária de calor para longe da fonte de calor. Quando a convecção natural não é adequada, o ventilador é acionado e a convecção forçada ajuda a aumentar a quantidade de calor transferido para longe da fonte.
Dissipadores de calor ativos
Um dissipador de calor ativo utiliza convecção forçada para transferir calor. Quando um ventilador ou bomba causa fluxo de fluido sobre o dissipador de calor, esse fluxo constante continua substituindo o fluido quente ao redor do dissipador de calor por fluido mais frio. Quanto maior a taxa de fluxo, maior a taxa de transferência de calor. Os dissipadores de calor ativos são mais eficazes que os dissipadores de calor passivos.
Material do dissipador de calor fundido
Os dissipadores de calor fundidos são feitos de materiais com alta condutividade térmica. Os mais comuns estão listados abaixo.
Alumínio:O alumínio é um material leve, de baixo custo e com boa condutividade térmica. É comumente usado em dissipadores de calor para dispositivos eletrônicos, como computadores e luzes LED.
Cobre:O cobre tem excelente condutividade térmica e pode ser usado em componentes mais sensíveis, como CPUs de computadores.
Ligas de alumínio:O alumínio puro pode ser difícil de trabalhar porque é muito macio, ligas de alumínio como 1050 aumentaram a resistência sem afetar significativamente a transferência de calor, enquanto as ligas da série 6 são ainda mais fortes, mas sacrificam a condutividade térmica.
Grafite:A grafite tem condutividade próxima à do cobre, mas é significativamente mais leve.
Diamante:O diamante tem uma condutividade térmica significativamente melhor que o cobre, porém seu custo o torna impraticável na maioria das aplicações, sendo normalmente usado em aplicações de semicondutores.
Aplicação de dissipador de calor fundido
Processadores de computador
Os processadores de computador (CPUs) produzem uma grande quantidade de calor residual durante a operação. Eles geralmente empregam dissipadores de calor de cobre com ventilador de resfriamento ativo. CPUs legais podem operar com mais eficiência.
Iluminação LED
As luzes LED não produzem calor da mesma forma que uma lâmpada incandescente. No entanto, a eletrônica usada para fazer um LED funcionar produz muito calor residual que deve ser transferido. LEDs pequenos geralmente usam dissipadores de calor passivos.
Eletrônica de potência
As fontes de alimentação convertem energia CA em energia CC para produtos eletrônicos de consumo. Este processo de conversão é ineficiente e produz algum calor residual que pode reduzir a vida útil da unidade de fonte de alimentação. Os dissipadores de calor em eletrônicos de potência às vezes empregam resfriamento híbrido e utilizam dissipadores de calor de alumínio para reduzir custos.
Indústria automobilística
Além dos dissipadores de calor usados nos circuitos de controle dos veículos, os dissipadores de calor também são usados para manter os motores elétricos resfriados durante a operação, bem como para resfriar os carregadores de bordo dos veículos elétricos.
Indústria aeroespacial
Dissipadores de calor podem ser encontrados em circuitos de controle usados em aplicações aeroespaciais. Eles também são usados em naves espaciais para transferir calor para o vácuo do espaço. No entanto, estes dissipadores de calor transferem calor puramente através da radiação, uma vez que não existe fluido de transferência de calor no espaço.
Eletrônicos de consumo
Os produtos eletrônicos de consumo fazem uso extensivo de dissipadores de calor para manter os dispositivos resfriados e operando com eficiência. Exemplos típicos incluem dissipadores de calor em computadores e telefones celulares.
No processo de fabricação de um dissipador de calor fundido, são necessárias duas metades de uma matriz no processo de fundição sob pressão. Uma metade é chamada de "metade da matriz de cobertura" e a outra é chamada de "metade da matriz ejetora". Uma linha de partição é criada na parte onde as duas metades da matriz se encontram. A matriz é projetada de modo que a peça fundida acabada deslize para fora da metade da tampa da matriz e permaneça na metade ejetora quando a matriz for aberta. A metade ejetora contém pinos ejetores para empurrar a peça fundida para fora da metade da matriz ejetora. Para evitar danos à peça fundida, uma placa de pino ejetor conduz com precisão todos os pinos para fora da matriz ejetora ao mesmo tempo e com a mesma força. A placa do pino ejetor também retrai os pinos após ejetar a peça fundida para se preparar para o próximo tiro.
Extrusão
A extrusão, o processo de forçar tarugos de metal quente através de uma matriz de aço, é a forma mais comum de fabricar dissipadores de calor de alumínio. É um método rápido, eficaz e econômico para fabricar dissipadores de calor a partir de materiais dúcteis como o alumínio 1050. Os dissipadores de calor de alumínio extrudado são normalmente anodizados antes do uso.
Esquiar
Skiving ou escarificação, o processo de corte de material em fatias, é um processo de fabricação comum para a produção de dissipadores de calor de aletas planas e aletas alargadas. O processo permite aletas mais finas e compactadas do que a extrusão, e também fornece um nível ou rugosidade superficial, o que aumenta ligeiramente a área superficial total.
Fundição
A fundição, o processo de despejar metal fundido em um molde, é outra maneira de fazer dissipadores de calor - alumínio ou cobre. Os dissipadores de calor fundidos sob pressão podem ter um alto nível de complexidade e oferecer excelentes propriedades mecânicas. A fundição sob pressão às vezes também é usada para fazer dissipadores de calor de zinco.
Fresagem
A fresagem, o processo subtrativo de corte de material de uma peça bruta, é uma maneira acessível de fazer dissipadores de calor com praticamente qualquer formato geométrico, a partir de materiais como ligas de alumínio. Dissipadores de calor fresados (ou usinados) podem ser mais caros que as alternativas, especialmente em grandes quantidades, mas também podem ser fabricados muito rapidamente. Saiba mais sobre usinagem de alumínio.
impressao 3D
Avanços recentes na fabricação de aditivos de cobre tornaram os dissipadores de calor impressos em 3D uma alternativa viável aos seus equivalentes tradicionais. As tecnologias de fusão em leito de pó e de deposição de energia dirigida têm sido utilizadas com mais sucesso para esse fim.
Quais são os fatores que afetam o desempenho de um dissipador de calor fundido
O desempenho de um dissipador de calor fundido pode depender de vários fatores, conforme explicado abaixo:
Condutividade térmica:A condutividade térmica do material do dissipador de calor é um dos fatores mais importantes que afetam o desempenho. Materiais com maior condutividade térmica, como cobre ou diamante, podem transferir o calor do componente eletrônico com mais eficiência.
Projeto de barbatana:Mais aletas geralmente significam uma área de superfície maior para transferência de calor e, portanto, melhor desempenho.
Fluxo de ar:O calor é removido do dissipador de calor pela ação de convecção natural ou forçada. Quanto maior a taxa de fluxo de ar ao redor das aletas do dissipador de calor, maior será a taxa de transferência de calor.
Resistência térmica:A resistência à transferência de calor na interface entre uma fonte de calor e seu dissipador de calor pode ser causada pela existência de espaços de ar entre os componentes. O uso de pasta térmica para preencher essas lacunas pode melhorar significativamente a taxa de transferência de calor da fonte ao dissipador.
Temperatura ambiente:Uma temperatura ambiente mais elevada resultará num gradiente de temperatura menor entre a fonte de calor e o fluido circundante. Isto reduzirá o desempenho do dissipador de calor.
Componentes do dissipador de calor fundido
Base
A base do dissipador de calor é normalmente um bloco plano ou folha de material com excelente condutividade térmica. A base normalmente tem uma espessura de seção transversal consistente, mas também pode ser projetada para ter um perfil de seção transversal que otimiza a transferência de calor para a geometria específica da fonte de calor. A base normalmente é montada na fonte de calor com ferramentas de montagem e pasta térmica.
Barbatanas
As aletas salientes da base do dissipador de calor são responsáveis pela transferência de calor para o fluido circundante. Estas aletas são projetadas para otimizar a área de superfície que o dissipador de calor apresenta ao fluido. Quanto maior a área de superfície, mais rápida será a taxa de transferência de calor.
As aletas podem formar parte integrante da base ou podem ser fixadas separadamente utilizando diversas técnicas, por exemplo, através de um processo de compressão. A forma e a disposição das aletas podem melhorar drasticamente a taxa de transferência de calor.
Tubos de calor
Um tubo de calor é projetado para transferir calor ao longo de seu eixo. Os tubos de calor podem ser incorporados dentro de dissipadores de calor e espalhadores de calor padrão por meio de encaixe por pressão, soldagem e epóxi termicamente condutor para melhorar sua eficiência de transferência de calor. Eles funcionam transferindo calor por meio de um mecanismo de mudança de fase que faz com que o fluido vaporize na fonte de calor e, em seguida, viaje ao longo do eixo do tubo de calor até o ponto onde ele esfria e volta a ser líquido por meio de condensação.
Material de interface térmica
Materiais de interface térmica, ou pastas térmicas, são usados para melhorar significativamente a transferência de calor entre a fonte de calor e a base do dissipador de calor, preenchendo quaisquer vazios de ar entre a fonte de calor e o dissipador de calor. O ar é um mau condutor de calor, portanto, preencher as lacunas de ar com um material mais termicamente condutor aumenta a eficiência de resfriamento de um dissipador de calor. As pastas térmicas podem ser à base de metal, cerâmica ou silicone, sendo a pasta térmica à base de metal a mais eficaz.
Montando hardware
Os dissipadores de calor podem ser fixados com segurança às fontes de calor alvo usando vários métodos de montagem diferentes. Para dissipadores de calor menores, um adesivo com alta condutividade térmica é usado para colar diretamente o dissipador de calor em uma fonte de calor. Este método é normalmente usado em componentes de PCB menores. Para dissipadores de calor maiores, podem ser usados parafusos normais ou, alternativamente, pinos com mola para otimizar a pressão de contato entre a fonte de calor e o dissipador de calor.
Como fazer a manutenção do dissipador de calor fundido
Limpeza regular
Poeira e detritos podem se acumular na superfície dos dissipadores de calor, obstruindo o fluxo de ar e reduzindo a dissipação de calor. Use ar comprimido ou uma escova macia para remover suavemente a sujeira das aletas. Para sujeira mais resistente, você pode usar uma solução de detergente neutro e um pano não abrasivo, enxaguar com água e secar bem.
Verifique se há danos
Inspecione o dissipador de calor regularmente em busca de sinais de danos, como aletas dobradas, rachaduras ou corrosão. As barbatanas dobradas podem ser cuidadosamente endireitadas com um alicate, mas se o dano for grave, a substituição pode ser necessária. A corrosão pode ser combatida através da aplicação de uma camada protetora adequada.
Substituição de material de interface térmica
Com o tempo, o material de interface térmica (TIM) pode degradar-se devido a ciclos térmicos e contaminação. Verifique periodicamente a condição do TIM e substitua-o se estiver seco, rachado ou degradado de outra forma. Certifique-se de que o novo TIM seja aplicado de maneira uniforme e correta para manter um bom contato com a fonte de calor.
Ambiente de aplicação
Certifique-se de que o dissipador de calor esteja operando dentro das condições ambientais recomendadas. Umidade excessiva, gases corrosivos ou temperaturas extremas podem acelerar o desgaste e reduzir a eficácia do dissipador de calor.
Evitar contaminação
Proteja o dissipador de calor de contaminantes que possam obstruir as passagens de ar ou reagir com o metal. Isto inclui evitar a exposição a produtos químicos, óleos e outras substâncias que possam aderir à superfície.
Instalação adequada
Ao instalar ou reinstalar o dissipador de calor, certifique-se de que ele esteja alinhado corretamente com a fonte de calor. A instalação inadequada pode levar a um contato desigual e à redução da eficiência da transferência de calor.
Gerenciamento de vibração e choque
Vibrações e choques podem afrouxar o dissipador de calor com o tempo, causando mau contato térmico. Use suportes antivibração, se necessário, para fixar firmemente o dissipador de calor.
Monitore o desempenho
Fique de olho no desempenho térmico do sistema. Se você notar uma queda no desempenho ou um aumento nas temperaturas operacionais, pode ser um sinal de que o dissipador de calor precisa de manutenção ou substituição.
Siga as orientações do fabricante
Consulte sempre as recomendações do fabricante para procedimentos de manutenção e limpeza. Eles podem fornecer instruções específicas adaptadas aos materiais e ao design de seus dissipadores de calor.
Para selecionar o dissipador de calor fundido sob pressão correto para sua aplicação, é importante entender quanto calor seu dispositivo produzirá, bem como o ambiente em que ele operará. Uma vez conhecidos, o dissipador de calor pode ser projetado calculando a taxa de transferência de calor necessária para manter o dispositivo na temperatura ideal e, em seguida, projetando uma configuração de dissipador de calor para atingir essas temperaturas.
Um dissipador de calor fundido usa os princípios de transferência de calor condutiva, convectiva e radiativa para mover o calor de uma fonte mais quente para um fluido de temperatura mais baixa. O calor é conduzido desta fonte para o dissipador. Os dissipadores de calor são produzidos a partir de materiais com grande capacidade térmica, ou seja, podem armazenar mais calor por grama de material. Esse calor então é transferido do dissipador para o fluido circundante por meio de convecção e radiação. A taxa de transferência de calor é aumentada por ter uma grande área superficial em contato com o fluido de troca de calor. A área de superfície pode ser aumentada drasticamente cortando aletas no material de base do dissipador de calor.
Um dissipador de calor pode ser passivo ou ativo. Um dissipador de calor ativo utiliza a convecção forçada criada por um ventilador ou bomba para transferir rapidamente o calor do dispositivo, enquanto um dissipador de calor passivo utiliza convecção natural.
Certificações
Nossa fábrica
Fundada em maio de 2006. É uma empresa de alta tecnologia com foco em P&D, fabricação e vendas de componentes industriais, de automação e de veículos.
Os atuais produtos processados abrangem FA de automação, robôs, servomotores, codificadores, automóveis, médicos, trens de alta velocidade e outros campos.
Perguntas frequentes
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