Quels appareils électroniques ont des dissipateurs de chaleur ?
Feb 25, 2023|
La dissipation thermique des composants électroniques est l'un des problèmes fondamentaux auxquels sont confrontés les concepteurs et les installateurs d'une grande variété d'équipements grand public et industriels. Qu'il s'agisse des convertisseurs de puissance, présents dans presque tous les appareils, ou des processeurs, microcontrôleurs, etc., le développement des dissipateurs thermiques, l'élément le plus simple mais crucial responsable de la régulation thermique des composants électroniques, dépend des évolutions technologiques. Le plus souvent, il agit comme un échangeur de chaleur, augmentant la surface de rayonnement et dissipant ainsi plus efficacement la chaleur dans l'environnement.
Les dissipateurs thermiques sont fabriqués à partir d'une variété de matériaux, mais les plus couramment utilisés sont de bons conducteurs thermiques tels que le cuivre ou l'aluminium, qui ont également l'avantage d'être légers de sorte qu'ils n'ajoutent pas de manière significative au poids du produit final, qui est particulièrement vrai dans les applications mobiles importantes. Il peut également être facilement usiné. Cela signifie que dans le cas d'applications non standard, nous pouvons acheter un dissipateur thermique générique et ajuster facilement sa taille pour répondre aux besoins d'un projet spécifique. Cependant, dans de nombreux cas, un tel usinage mécanique (ou même manuel) se limite à tarauder les trous avec le filetage approprié pour monter/fixer le dissipateur thermique en place.
Qu'est-ce que la dissipation thermique des dissipateurs de chaleur électroniques ?
Un défi majeur dans la conception de l'électronique est la gestion thermique. La chaleur générée s'accumule à l'intérieur du boîtier et peut endommager les composants électroniques. Cette surchauffe réduit non seulement l'espérance de vie, mais peut également entraîner une défaillance du produit. Cela convient aux petits ordinateurs de poche, aux contrôleurs ou aux équipements extérieurs plus lourds. Le comportement thermique de tels composants nécessite toujours une attention particulière de la part du concepteur et ne peut être ignoré.
Comment concevoir des dissipateurs thermiques électroniques ?
Les éléments de conception courants visant à améliorer les capacités de transfert de chaleur de l'électronique par conduction comprennent :
Matériau d'interface thermique (TIM)
Ces matériaux sont utilisés comme matériaux de remplissage dans l'espace entre la source de chaleur et le dissipateur thermique. Ils ont généralement une conductivité thermique élevée, aidant à gérer efficacement le transfert de chaleur dans tout le système.
Dissipateur de chaleur
Un dissipateur thermique est une pièce métallique en contact avec une source de chaleur qui évacue la chaleur principalement par conduction, parfois par convection ou rayonnement. L'aluminium ou le cuivre sont généralement utilisés comme matériau de dissipation thermique car la conductivité thermique de ces métaux est élevée et directement proportionnelle à l'efficacité de dissipation thermique. Étant donné que le transfert de chaleur se fait à travers la surface, les dissipateurs thermiques sont spécialement conçus sous différentes formes pour assurer une grande surface.
Caloduc
Les caloducs sont des tubes scellés en cuivre ou en aluminium ou des tubes contenant un fluide. Le liquide absorbe la chaleur de la surface chaude, bout et passe à l'état de vapeur.
Module thermoélectrique
Les modules thermoélectriques sont des appareils qui utilisent l'effet Peltier pour chauffer ou refroidir des composants en fonction de l'application du courant électrique à l'appareil. Ceux-ci sont toujours utilisés avec un dissipateur thermique, sinon l'appareil peut surchauffer et tomber en panne.
Graisse thermique ou adhésif
Les adhésifs ou graisses thermoconducteurs sont une autre technologie unique de transfert de chaleur. L'un des principaux avantages est qu'ils lient ensemble des composants qui ne peuvent pas être collés mécaniquement.
De toute évidence, les concepteurs ont de nombreuses options. Cependant, déterminer la bonne combinaison de composants pour assurer un refroidissement fiable et efficace tout en gardant le produit aussi compact que possible n'est pas facile. C'est là que les simulations peuvent fournir des informations précieuses.
Simulation Thermique
L'une des meilleures méthodes qu'un concepteur puisse utiliser pour surmonter ce problème consiste à exécuter des simulations thermiques sur le boîtier électronique avant de fabriquer le produit réel. De telles simulations peuvent aider à trouver des réponses à de nombreuses questions clés : Quelle est l'efficacité du système de refroidissement ? Quelles modifications de conception possibles doivent être mises en œuvre ? Comment le matériau choisi affecte-t-il le comportement de transfert de chaleur ? Il en existe bien d'autres, selon la nature de votre produit.
La nécessité de créer des appareils électroniques plus sûrs et plus compacts met les ingénieurs du monde entier au défi de créer des conceptions extraordinaires. Dans le processus de conception traditionnel, la seule façon d'assurer la durabilité d'un nouveau produit électronique est d'effectuer de nombreuses itérations de conception jusqu'à ce que tous les critères soient remplis. Cela signifie beaucoup de prototypes physiques et un processus de test physique long et coûteux.
Outre le nombre d'itérations de conception, l'étape à laquelle une modification de conception doit être mise en œuvre est tout aussi importante ; plus tôt dans le processus, plus il est rentable de mettre en œuvre le changement de conception. Plus tard dans cette phase, la portée des modifications de conception possibles se rétrécit considérablement et seules de petites modifications de conception incrémentielles sont possibles.