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

La creciente demanda de electrónica de alto rendimiento ha llevado a la producción de electrónica avanzada con microprocesadores rápidos y densidades de transistores altas. Este cambio tecnológico en los componentes de dicha electrónica condujo a un aumento de la carga térmica durante el funcionamiento. Por lo tanto, un sistema de gestión térmica con el diseño de disipador adecuado es ideal para garantizar un rendimiento electrónico óptimo.

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? También exploraremos 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. Sumerjámonos en ello.

Principios básicos del diseño de disipadores de calor

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

Los disipadores de calor generalmente se encuentran en transistores o procesadores. Los fabricantes los equipan con un ventilador incorporado para disipar la energía de los componentes electrónicos. Sin embargo, no todos los disipadores de calor están conectados a un ventilador. Los que tienen ventilador son "disipadores de calor activos", y los que no tienen disipador de calor se denominan "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 hay más razones por las que los disipadores de calor son importantes.

Mantenimiento de la 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 medio ambiente.

Mejora la confiabilidad electrónica

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

También proporciona calor

Los disipadores de calor proporcionan calor en caso de caída de temperatura en el 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. El motivo 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, resulta en fallas en los componentes y, en última instancia, daños en el dispositivo.

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

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 generalmente se realiza por conducción, convección o radiación. A veces es una combinación de estos tres métodos de transferencia de calor. Para una construcción efectiva del disipador de calor, se deben considerar muchos factores. A continuación se incluye una explicación de los factores relevantes 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 fluido de transferencia de calor.

Determinar la resistencia térmica de un dispositivo es importante para elegir los disipadores de calor. Esto se debe a que la ruta de disipación de calor debe tener una resistencia térmica considerable. 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 porque indica si hay una reducción de temperatura.

Materiales utilizados en el diseño térmico

Material del disipador de calor

La mayoría de los disipadores de calor están hechos de aleaciones de aluminio y cobre porque son muy conductores. El aluminio es menos costoso y es ideal debido a su ductilidad que lo hace más fácil de diseñar 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 eficiente y puede usarse en su módulo para construir 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 sus componentes. Dado que el componente tiene una resistencia térmica variable, no es fácil garantizar una disipación de calor efectiva. Para garantizar un flujo de calor eficiente 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 efectiva de calor del dispositivo a un fluido de transferencia de calor también depende de la disposición de las aletas. El diseño del disipador de calor normalmente tiene aletas soldadas cuando se construye el disipador de calor. La orientación de estas aletas es proporcionar una superficie que permita que el aire pase a través del disipador de calor. Por lo tanto, son esenciales 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 tener esto en cuenta para garantizar una convección eficiente 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 eficiencia de los disipadores de calor mejorará eligiendo un método de montaje adecuado. Este proceso de selección debe considerar los requisitos térmicos y mecánicos del dispositivo antes de decidir qué método de montaje es el más apropiado.

Aunque hay muchos métodos para conectar un disipador de calor a un dispositivo electrónico. Los métodos comunes son:

– Tiras térmicas.

– Clips de alambre

– Abrazaderas de plástico.

- Chinchetas.

– Tornillo de 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 (Rhs)

Rhs = (Tj-Tmb/P) – (Rth-jc)-Rinterfaz

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

Rth-jc: Resistencia térmica de la caja de unión

Tavec: Temperatura del aire ambiente a 0C.

P: Calor disipado por la fuente de calor

Rinterface: Resistencia del material de interfaz térmica

Rinterface = (tinte/Ls x Ls xkinterfaz)

tinterface: Espesor del material de la interfaz térmica

kinterface: conductividad térmica del material de interfaz

Ls: Longitud de la fuente de calor

Ws: Ancho de la fuente de calor

Conocer las matemáticas viene con la comprensión de lo anterior. Por lo tanto, será fácil incorporar dichos parámetros en el diseño del disipador de calor para lograr una mayor resistencia al calor térmico a 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 está cuidadosamente estructurado para garantizar un rendimiento eficiente. Por lo tanto, hay que tener en cuenta muchas cosas. Este artículo habla sobre los factores que pueden ayudar en el diseño del disipador térmico. También responde preguntas como cómo funciona un disipador de calor y sugerencias para incluir en su guía de diseño.

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Fuente:  Soporte WEB