Los disipadores de calor son sin duda partes esenciales de la mayoría de los conjuntos electrónicos, componentes optoelectrónicos y dispositivos electrónicos de potencia. Este intercambiador de calor pasivo evapora el calor producido por los dispositivos electrónicos para garantizar que el vehículo funcione dentro de los límites indicados por los fabricantes. Algunos de los elementos clave que se deben considerar al diseñar un disipador de calor incluyen…
l resistencia térmica,
l tamaño y forma de las aletas,
material ,
l configuración de aletas,
l eficiencia de las aletas,
l método de fijación del disipador de calor,
l material de interfaz térmica.
Los parámetros y geometrías que garantizan la máxima disipación de calor se pueden obtener analizando varios modelos de disipadores de calor.
Y la demanda emergente de electrónica de alto rendimiento conlleva la creación de electrónica avanzada junto con microprocesadores rápidos y altas densidades de transistores. Esta modificación tecnológica específica en todos los componentes de esta electrónica dio como resultado un aumento elevado de la carga térmica durante el funcionamiento. Por lo tanto, un sistema de gestión térmica versátil tiene características que hacen que el diseño correcto del disipador de calor sea ideal para garantizar un rendimiento óptimo de la electrónica.
Además, para restringir las fallas del sistema de todos los componentes electrónicos y garantizar una disipación de calor eficiente, esa es la razón por la que el disipador de calor se considera ideal para ofrecer efectos de enfriamiento en todos los componentes electrónicos. Entonces, en este artículo intentaremos responder las siguientes preguntas: ¿cómo funciona un disipador de calor? También exploraremos la importancia de un disipador de calor, los conceptos básicos del diseño de un disipador de calor y cómo optimizar el diseño del disipador de calor para un rendimiento electrónico óptimo. Vamos a sumergirnos de lleno.
Conceptos básicos del diseño del disipador de calor
Un disipador de calor tiene todos los componentes mecánicos que se utilizan en dispositivos electrónicos para restringir el sobrecalentamiento de los componentes eléctricos mediante la inserción de refrigeración suplementaria. También dispersa el calor de los componentes eléctricos, principalmente un transistor de potencia, que existe en el entorno circundante. Este entorno suele ser el medio fluido de temperatura más baja, por ejemplo, aire más un refrigerante líquido.
¿Qué factores se deben considerar en el diseño del disipador de calor?
La disipación eficiente de energía térmica a través de un disipador de calor depende en gran medida de su diseño real. Al ser un intercambiador de calor pasivo, el diseño del disipador de calor debe garantizar una fácil transferencia de calor a su entorno. Y el proceso de transferencia de calor generalmente se realiza por conducción, radiación o convección. A veces, se explica como una combinación de los tres métodos de transferencia de calor mencionados anteriormente. Para una construcción eficaz del disipador de calor, se deben considerar varios factores. A continuación, explicaremos los factores importantes que debe incluir antes de aprender el proceso de cómo crear un disipador de calor.
Resistencia Térmica
La resistencia térmica explica la resistencia del flujo de calor entre el entorno y el semiconductor. El entorno puede ser líquido refrigerante o aire ambiental.
Determinar la resistencia térmica de un dispositivo determinado es importante durante la selección de los disipadores de calor. Esto se debe a que una ruta diseñada para la disipación de calor debe tener una cantidad ideal de resistencia térmica. Esto determinará qué tan rápido se lleva a cabo el proceso de transferencia de calor. La resistencia térmica garantiza que la eficacia de un disipador de calor explique si existe o no una reducción de temperatura. También hay algunos factores a considerar…
l Materiales
l Tamaño y forma de las aletas
l Configuración de aleta
l método de fijación
l Materiales de interfaz térmica
¿Qué es el diseño del disipador de calor?
Los disipadores de calor suelen ser procesadores o transistores. Los fabricantes los instalan cuidadosamente junto con un ventilador incorporado para dispersar la energía de todos los dispositivos electrónicos. Sin embargo, no todos los disipadores de calor mencionados anteriormente tienen conexión al ventilador. Aquellos disipadores que tienen un ventilador adjunto se conocen como 'disipadores de calor activos' y aquellos que carecen de un disipador de calor se consideran 'disipadores de calor pasivos'.
Importancia del uso de disipadores de calor
Un disipador de calor es muy importante en todos los productos electrónicos debido a su capacidad para restringir el sobrecalentamiento de los componentes eléctricos. Por lo tanto, el dispositivo puede funcionar con todas las temperaturas especificadas. A continuación se detallan otras razones que hacen que los disipadores de calor sean importantes.
Mantenimiento de Energía Térmica
Un disipador de calor mantiene todos los dispositivos electrónicos que controlan la energía térmica mediante la transferencia de calor desde todos los componentes del circuito electrónico al entorno.
Mejora la confiabilidad electrónica
Un disipador de calor también mejora la confiabilidad de los dispositivos electrónicos debido a que evita que los componentes fallen debido a su función.
También proporciona calor
Los disipadores de calor también proporcionan calor en todos aquellos casos en los que se produce una bajada de temperatura dentro del circuito eléctrico.
Debido a esta importancia, los disipadores de calor se han convertido en la actualidad en componentes esenciales de todos los dispositivos electrónicos. Por ejemplo, forman parte de la CPU (la unidad central de procesamiento de las computadoras).
Material del disipador de calor
La mayoría de los disipadores de calor vienen con aleaciones de aluminio y cobre porque son altamente conductores. El aluminio se considera menos costoso y también es ideal debido a su ductilidad, lo que facilita el diseño y el diseño de disipadores de calor. Hay varios otros materiales. Por ejemplo, el cobre, debido a su muy alta conductividad térmica junto con su resistencia a la corrosión, suele formar parte del diseño de un disipador de calor. Sin embargo, el aluminio también es conocido como el material dominante más eficiente. Se ha demostrado que esta combinación es cada vez más efectiva y puede emplearse en todos sus módulos para la construcción de disipadores de calor.
Materiales de interfaz
Los materiales de interfaz térmica se conocen como el material que ocupa todo el espacio entre el disipador de calor. Normalmente es aire. Sin embargo, algunos fabricantes también utilizan otros materiales variables como la mica. Los materiales de interfaz térmica también reducen la resistencia térmica en un dispositivo electrónico y permiten su rápida transferencia de toda la energía térmica.
El calor generado a través del dispositivo es la suma de la generación de calor de los componentes relacionados. Desde entonces, el componente tiene una resistencia térmica muy variable, ya que no es fácil garantizar una disipación eficaz del calor. Para garantizar la eficacia del flujo de calor de todos los dispositivos electrónicos, se debe minimizar la resistencia térmica. Esto es posible mediante la incorporación de un material térmico y de interfaz.
Forma y disposición de las aletas.
La disipación eficiente de todo el calor del dispositivo dado a un medio refrigerante requerido depende de cada disposición de aletas. Los diseños de disipadores de calor normalmente cuentan con aletas que se sueldan durante la construcción del disipador de calor. La orientación de estas aletas también proporciona una superficie elevada que permite que el aire pase a lo largo del disipador de calor. Por lo tanto, son muy críticos y esenciales en el proceso de enfriamiento.
Por lo tanto, las aletas del disipador de calor son eficientes y dependen de la forma requerida de las aletas; además, debe considerarlas para garantizar la efectividad de la convección del calor del dispositivo electrónico y garantizar el enfriamiento del dispositivo en cuestión y del disipador de calor.
Métodos de fijación del disipador de calor
La eficacia de todos los disipadores de calor mejoraría si se eligieran todos los métodos de fijación adecuados. Este proceso de selección debe considerar los requisitos mecánicos y térmicos del dispositivo antes de decidir que el método de conexión sería adecuado.
Por lo tanto, existen varios métodos para colocar un disipador de calor en un dispositivo electrónico. Los métodos comunes son:
l Cintas Térmicas.
l Clips de alambre
l Clips de plástico.
l Pasadores.
l Tornillos con resorte.
Calculadora de resistencia térmica del diseño del disipador de calor
El diseño del disipador de calor implica la comprensión de algunos cálculos relacionados con la resistencia térmica. La ecuación mencionada a continuación se utiliza para calcular la resistencia al calor térmico (Rhs)
Rhs = (Tj-Tmb/P) – (Rth-jc) – Interfaz R
Tj: Temperatura máxima de unión del dispositivo en 0C.
Rth-jc: Unión a resistencia térmica
Tamb: a 0C de temperatura del aire ambiente a.
P: Calor disipado de la fuente de calor.
Rinterface: Resistencia del material de la interfaz térmica.
Interfaz R = (tinte/Ls x Ws x kinterfaz)
tinterface: espesor del material de la interfaz térmica
kinterface: Conductividad térmica del material de la interfaz.
Ls: Longitud de la fuente de calor
Ws: Ancho de la fuente de calor
Conocer el cálculo que viene con una comprensión básica de lo anterior. Por lo tanto, sería fácil ajustar e incorporar parámetros similares en todo el diseño del disipador de calor en caso de obtener una resistencia térmica al calor que sea mayor que la de la temperatura de funcionamiento más alta del semiconductor. Además, a partir de la ecuación anterior, también puede calcular la dimensión óptima de los disipadores de calor para que tenga la temperatura más baja de la fuente de calor.
Aplicaciones
Los disipadores de calor tienen una amplia gama de aplicaciones, específicamente en dispositivos electrónicos. La razón es que todos estos dispositivos generan una gran cantidad de calor durante el funcionamiento y no pueden equilibrar su temperatura. Este calor creado puede afectar el rendimiento de todos los semiconductores en todos los dispositivos electrónicos. Por lo tanto, el fallo de todos los componentes provoca, en última instancia, el daño del dispositivo conectado.
Sin duda, analizar el rendimiento térmico de todos y cada uno de los dispositivos electrónicos es una tarea ardua. El diseño de los disipadores de calor debe ofrecer refrigeración adicional a todos estos dispositivos eliminando el calor del entorno de todos los componentes eléctricos, por ejemplo, diodos, transistores, circuitos integrados y reguladores de voltaje.
Conclusión
Los disipadores de calor se consideran de gran importancia porque el diseño de los disipadores de calor está cuidadosamente estructurado para garantizar la eficacia del rendimiento. Por tanto, conviene considerar muchas cosas. Este artículo habla de todos los factores que ayudarán en el diseño del disipador de calor. También proporcionó respuestas a preguntas sobre cómo funciona un disipador de calor y consejos para incluir en su guía de diseño.
