Boyd dissipatori di calore Fabrications Guide: una guida rapida e facile per la scelta di un lavello di calore

Il dissipatore di calore è uno dei componenti fondamentali nel raffreddamento dei dispositivi elettronici. Per qualsiasi fonte di calore che non può essere adeguatamente raffreddata attraverso il proprio raffreddamento a conduzione e necessita di un raffreddamento più efficiente di un diffusore di calore, è necessario un dissipatore di calore per spostare il calore lontano dalla fonte e dissipato attraverso una conduzione o una convezione più ottimizzate.

I dissipatori di calore sono costruiti principalmente con una base e alette. La base è tipicamente una superficie piana che entra in contatto con la fonte di calore e diffonde il calore dal punto caldo alle alette. Le alette possono essere tagliate o costruite in qualsiasi numero di geometrie che spesso corrono perpendicolarmente alla base per disperdere il calore. L'obiettivo è ottimizzare la superficie del dissipatore di calore in modo che la maggior parte del calore possa essere trasferita e dissipata.

Con rare eccezioni, i dissipatori di calore sono fatti di un metallo termicamente conduttivo, il più comune è l'alluminio. L'alluminio ha una conduttività termica di 235 watt per Kelvin per metro ed è leggero ed economico, rendendolo ideale per dissipatori di calore più leggeri ed economici. Il rame è anche una scelta popolare. Sebbene il rame sia più costoso e più pesante, può essere necessario per applicazioni ad alte prestazioni grazie alla sua elevata conduttività termica a 400 W / mK.

Infine, gli ingegneri spesso classificano i dissipatori di calore in convezione "naturale" o convezione "forzata". I dissipatori di calore a convezione naturale (passivi) massimizzano la superficie e conducono il calore senza l'aggiunta di componenti attivi. I dissipatori di calore a convezione forzata (attivi) sono progettati per utilizzare componenti come ventole e soffianti per forzare l'aria più fredda attraverso le alette, creando turbolenza e aumentando le prestazioni di raffreddamento del dissipatore di calore.

L'alluminio estruso è una delle costruzioni più popolari ed economiche. I dissipatori di calore estrusi variano in dimensioni in base all'applicazione, più piccoli per il livello della scheda o più grandi per applicazioni di media potenza. Possono essere progettati per il raffreddamento passivo o attivo in base alla forma e al passo delle alette. I dissipatori di calore estrusi a livello di scheda sono comuni per pacchetti come BGA e FPGA.

La scelta del giusto dissipatore di calore estruso si basa in gran parte sul profilo necessario. I dissipatori di calore estrusi vengono realizzati creando uno stampo di profilo che determina la densità, il passo e la lunghezza delle alette, nonché l'altezza e la larghezza della base. L'alluminio ammorbidito viene spinto attraverso lo stampo per creare una lunga barra, nota come barra grezza, con lo stesso profilo e le stesse dimensioni dello stampo. La barra viene quindi tagliata in barre / rettangoli di forma standard più piccoli o lunghezze personalizzate. Questi sono ulteriormente lavorati e rifiniti per creare dissipatori di calore personalizzati. Questo processo è veloce, economico e scalabile; motivo per cui molti considerano i dissipatori di calore estrusi prima quando cercano una soluzione.

• Ideale per applicazioni a bassa e media potenza
• Veloce ed economico
• Volume elevato scalabile
• Personalizzazioni semplici
• Costruzione monoblocco per resistenza termica limitata

• Non per applicazioni ad alta potenza
• Limitazioni di dimensioni, le dimensioni non possono essere superiori a circa 23" W, 47" L
• Limitazioni di finitura su formati più grandi

• Stai usando la convezione naturale o forzata?
• Avrai bisogno di lavorazioni meccaniche?
• Qual è la temperatura ambiente massima in cui funzionerà il dispositivo?
• Quanta potenza sta dissipando il tuo dispositivo?
• Qual è la temperatura massima della custodia del dispositivo?
• Qual è la dimensione del dispositivo e l'ingombro della fonte di calore?
• Quanto spazio hai per il tuo dissipatore di calore?

Un dissipatore di calore ad alette incollate è un insieme a due pezzi costituito da una base estrusa o lavorata con scanalature o fessure e alette che sono fissate con un agente legante termicamente conduttivo, tipicamente epossidico o saldante. Per una maggiore integrità strutturale e migliori prestazioni termiche, queste costruzioni sono talvolta brasate per rafforzare il legame termico e meccanico.

Le alette sono in genere punzonate da bobine o tagliate da piastre sottili mentre le basi sono spesso estruse, pressofuse o lavorate. Le basi possono anche includere integrazioni termiche aggiuntive come tubi di calore incorporati o camere di vapore per prestazioni più elevate. Consentendo un numero maggiore di alette più lunghe e personalizzazioni aggiuntive, i dissipatori di calore incollati offrono prestazioni più elevate con una maggiore superficie in un ingombro ridotto.

• Ingombro ridotto per applicazioni con spazio limitato
• Elevate prestazioni termiche
• Buono per la convezione forzata, nessun limite alla lunghezza del flusso d'aria
• Passo delle pinne strette
• Alto rapporto di aspetto delle pinne
• Facilmente integrabile, elevata flessibilità di progettazione
• Attrezzature di costo inferiore

• Non per applicazioni con vibrazioni elevate o urti
• Non può essere utilizzato quando la resistenza termica deve essere inferiore a 0,01 °C/W

• Quanta potenza deve essere dissipata?
• Qual è l'impronta e la posizione della fonte di calore?
• Qual è la temperatura ambiente e la temperatura massima del dissipatore di calore? (o resistenza termica necessaria)
• Quali sono i vincoli geometrici o di peso, le dimensioni d'ingombro?
• Hai bisogno di un ventilatore?
• Quali sono le tue preferenze materiali?
• Qual è il vostro costo target?

Le alette piegate sono costruite mettendo fogli di metallo attraverso un processo di piegatura per creare varie geometrie con una maggiore superficie. Sebbene queste alette possano essere utilizzate all'interno di una vasta gamma di tecnologie, tra cui piastre fredde liquide; sono più spesso legati o brasati a una base per creare un dissipatore di calore.

• Aumento dell'area superficiale e dell'efficienza delle alette
• Alta densità di flusso di calore
• Altre opzioni di materiali
• Peso leggero

• Migliore quando l'aria viene convogliata direttamente al dissipatore di calore
• Potenziale di sostenere costi più elevati

I dissipatori di calore pressofusi sono una costruzione monopezzo. Sono prodotti principalmente in volumi elevati per applicazioni sensibili al peso, che richiedono una qualità superficiale cosmetica superiore o che hanno geometrie altamente complesse. Queste soluzioni sono realizzate versando una lega termicamente conduttiva in uno stampo personalizzato in forma quasi netta e vengono poi leggermente lavorate e rifinite per il prodotto finale.

• Ideale per applicazioni ad alto volume e prestazioni più elevate
• Adatto per geometrie complesse
• Resistenza termica da bassa a nulla

• Elevati costi iniziali di attrezzaggio una tantum

I dissipatori di calore possono essere facilmente integrati con altre tecnologie termiche per migliorarne notevolmente le prestazioni. Le tecnologie più popolari utilizzate con i dissipatori di calore sono i materiali di interfaccia termica, i motori dell'aria come ventilatori e soffianti, i tubi di calore e le camere di vapore. Queste varie soluzioni possono ridurre la resistenza termica, migliorare la diffusione del calore e le prestazioni di raffreddamento della base, aumentare l'efficienza delle alette e garantire la piena ottimizzazione della costruzione del dissipatore di calore.

I materiali di interfaccia termica (TIM) vanno dai cuscinetti di riempimento dei gap al grasso termico e alle pellicole. Un materiale di interfaccia termica è un materiale conduttivo applicato tra il dissipatore di calore e la fonte di calore per ridurre la resistenza termica e aumentare la diffusione del calore. Non importa quanto sia liscia la base del dissipatore di calore, quando posizionata direttamente sulla fonte di calore ci saranno piccoli spazi d'aria tra il dispositivo e il dissipatore di calore che ostacolano il trasferimento di calore. Questi materiali riempiono le sacche d'aria per migliorare il trasferimento di calore.

I ventilatori sono il metodo più semplice ed economico per aumentare le prestazioni termiche. Aggiungendo una ventola o un ventilatore è possibile aumentare il flusso d'aria e il raffreddamento all'interno dello stesso ingombro. Le ventole sono personalizzabili con velocità, tensioni e tipi di funzioni variabili e sono la prima opzione da considerare per la maggior parte delle applicazioni in cui una soluzione passiva non è un requisito chiave. I vassoi delle ventole sono utilizzati in applicazioni di potenza superiore per un raffreddamento economico e ad alte prestazioni.

Le soffianti variano anche per dimensioni e utilizzo e sono ideali per il raffreddamento hot spot nell'elettronica di consumo in quanto possono essere progettate molto sottili con raffreddamento localizzato e altamente direzionale. Oppure i soffiatori sono disponibili in profili più grandi, come i soffiatori a doppio ingresso di Boyd, progettati per il raffreddamento a prestazioni più elevate con un'acustica inferiore per applicazioni come le strutture informatiche aziendali e il raffreddamento a rack.

• Quanto flusso d'aria è richiesto in CFM?
• Di quale tensione CC hai bisogno, 5V, 12V, 24V, 48V (disponibilità limitata per la tensione CA)
• Quali sono i tuoi vincoli dimensionali? (altezza, lunghezza, larghezza)?
• Avete bisogno di opzioni di filo aggiuntive per i controlli?
• Avete vincoli di rumore? In caso affermativo, quale decibel?
• Avete requisiti di pressione a livello di sistema, solitamente misurati come caduta di pressione?
• In quali condizioni ambientali funzionerà il ventilatore? (es. All'aperto, esposizione a polvere o pioggia)

I tubi di calore e le camere di vapore sono tecnologie di raffreddamento passivo bifase. Un tubo di calore presenta uno stoppino, il più delle volte rame sinterizzato, che viene aggiunto all'interno di un tubo cavo, anch'esso tipicamente rame. Una piccolissima quantità di acqua o fluido viene posta all'interno del tubo di calore ed è sigillata sottovuoto.

Quando la fonte di calore viene a contatto con il tubo di calore, il fluido evapora e si allontana dalla fonte di calore. Il calore viene trasferito lontano dalla fonte di calore a un punto di dissipazione e il liquido condensa nel tubo di calore, rilasciando il calore. Ciò consente un trasferimento e una dispersione del calore molto più rapidi rispetto al metallo solido.

Le camere di vapore sono prodotte in modo simile, ma hanno una geometria planare per una migliore diffusione del calore. Quando vengono utilizzate in un gruppo dissipatore di calore integrato, le camere di vapore sono incorporate nella base per ottimizzare il trasferimento di calore attraverso l'ingombro completo del dissipatore di calore. Le camere di vapore sono ideali per diversi tipi di dispositivi e skyline.

I tubi di calore possono essere utilizzati per migliorare l'efficienza delle alette del dissipatore di calore collegando la base a un altro punto nella pila di alette per utilizzare meglio l'intera altezza dell'aletta. Tuttavia, sono più spesso utilizzati all'interno di un dissipatore di calore per la diffusione del calore di base simile alle camere di vapore. I tubi di calore possono essere posizionati per ospitare il montaggio e più fonti di calore in un design ottimale.

I dissipatori di calore continueranno ad essere parte integrante dei sistemi di gestione termica e ci sono molte più possibilità di fabbricazione e progettazione del dissipatore di calore di quanto la maggior parte degli ingegneri realizzi. Mentre le basi del dissipatore di calore sono abbastanza standard, il numero di opzioni e personalizzazioni oggi va ben oltre i tradizionali dissipatori di calore che sono stati utilizzati per decenni. Molti non si rendono conto che utilizzando il metodo di fabbricazione ottimale con le opzioni di personalizzazione corrette, potrebbero risparmiare tempo, denaro, spazio e peso, migliorando notevolmente il raffreddamento e le prestazioni del dispositivo.

Boyd Corporation ha progettato dissipatori di calore per decenni; da quando sono stati introdotti i primi dispositivi elettronici personali e aziendali e ben prima dell'avvento di Internet come lo conosciamo. La tecnologia dei dissipatori di calore è progredita in modo significativo in quel periodo con nuove costruzioni, tecnologie e capacità produttive. Questa tendenza continuerà con l'evolversi delle esigenze di gestione termica. Nuovi materiali, costruzioni più performanti e integrazioni tecnologiche innovative stanno entrando nel mercato man mano che le soluzioni termiche si evolvono.

I decenni di competenza nell'innovazione, l'esperienza, le risorse e l'approccio unico di Boyd Corporation all'integrazione di molteplici funzionalità in prodotti semplificati continueranno a mantenere l'azienda in prima linea nell'innovazione termica e nelle metodologie di produzione continuamente migliorate. Se sei pronto a migliorare o aggiornare i dissipatori di calore del tuo vecchio modello o stai cercando di affrontare nuove sfide per la prossima generazione, inizia contattando Boyd Corporation per saperne di più sulle costruzioni dei dissipatori di calore, le personalizzazioni e altre possibilità per un raffreddamento ottimizzato.