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Un dissipateur thermique moulé sous pression utilise le processus de coulée en forçant le métal en fusion sous haute pression dans une cavité moulée. La cavité moulée du dissipateur thermique moulé sous pression est créée à l'aide d'une matrice en acier à outils trempé qui est soigneusement usinée dans une forme prédéfinie. L'équipement de coulée et les matrices métalliques représentent des coûts d'investissement importants qui tendent à limiter le procédé à des applications de production en grand volume.
Avantages du dissipateur thermique moulé sous pression
Les dissipateurs thermiques aident à maintenir une température de fonctionnement constante, ce qui contribue à améliorer la fiabilité d'un appareil.
Les dissipateurs thermiques éliminent la chaleur perdue d’un appareil qui autrement réduirait sa durée de vie.
Les appareils tels que les processeurs, par exemple, fonctionnent plus efficacement lorsqu’ils sont froids. Un dissipateur thermique efficace peut améliorer les performances d’un appareil.
Si un dissipateur thermique passif peut être utilisé, un ventilateur de refroidissement n'est peut-être pas nécessaire. Cela réduira finalement le bruit de l'appareil.
Un dissipateur thermique permet d'utiliser des composants moins chers pour effectuer le même travail, ce qui se traduit par un coût de production et un prix globalement inférieurs pour les consommateurs.
Dissipateurs de chaleur passifs
Un dissipateur thermique passif est le type de dissipateur thermique le plus simple. Il s'agit simplement d'une base avec des ailerons. La chaleur est transférée principalement par convection naturelle. À mesure que l'air autour des ailettes se réchauffe par conduction, l'air chaud monte, ce qui amènera alors de l'air plus frais à remplacer l'air chaud. Il s'agit d'un processus continu. Ces types de dissipateurs thermiques ne sont pas les plus efficaces.
Dissipateurs thermiques hybrides
Un dissipateur thermique hybride utilise un système de contrôle pour décider quand adopter un comportement passif ou actif. Lorsque la source de chaleur produit de faibles niveaux de chaleur, le ventilateur ou la pompe ne sont pas allumés, car la convection naturelle est suffisante pour transférer la quantité de chaleur requise loin de la source de chaleur. Lorsque la convection naturelle n'est pas adéquate, le ventilateur est activé et la convection forcée contribue à augmenter la quantité de chaleur transférée loin de la source.
Dissipateurs de chaleur actifs
Un dissipateur thermique actif utilise la convection forcée pour transférer la chaleur. Lorsqu'un ventilateur ou une pompe provoque un écoulement de fluide sur le dissipateur thermique, ce flux constant continue de remplacer le fluide chaud autour du dissipateur thermique par un fluide plus froid. Plus le débit est élevé, plus le taux de transfert de chaleur est élevé. Les dissipateurs thermiques actifs sont plus efficaces que les dissipateurs thermiques passifs.
Matériau du dissipateur thermique moulé sous pression
Les dissipateurs thermiques moulés sous pression sont fabriqués à partir de matériaux à haute conductivité thermique. Les plus courants d’entre eux sont répertoriés ci-dessous.
Aluminium:L'aluminium est un matériau léger et peu coûteux qui possède une bonne conductivité thermique. Il est couramment utilisé dans les dissipateurs thermiques des appareils électroniques, tels que les ordinateurs et les lampes LED.
Cuivre:Le cuivre a une excellente conductivité thermique et peut être utilisé sur des composants plus sensibles comme les processeurs informatiques.
Alliages d'aluminium :L'aluminium pur peut être difficile à travailler car il est trop mou, les alliages d'aluminium comme le 1050 ont une résistance accrue sans affecter de manière significative le transfert de chaleur tandis que les alliages de la série 6 sont encore plus résistants mais sacrifient la conductivité thermique.
Graphite:Le graphite a une conductivité proche de celle du cuivre mais est nettement plus léger.
Diamant:Le diamant a une conductivité thermique nettement meilleure que le cuivre, mais son coût le rend peu pratique dans la plupart des applications ; il est généralement utilisé dans les applications de semi-conducteurs.
Application du dissipateur thermique moulé sous pression
Processeurs informatiques
Les processeurs informatiques (CPU) produisent une grande quantité de chaleur perdue pendant leur fonctionnement. Ils utilisent souvent des dissipateurs thermiques en cuivre avec un ventilateur de refroidissement actif. Les processeurs cool peuvent fonctionner plus efficacement.
Éclairage LED
Les lumières LED ne produisent pas de chaleur de la même manière qu’une ampoule à incandescence. Cependant, l’électronique utilisée pour faire fonctionner une LED produit beaucoup de chaleur perdue qui doit être évacuée. Les petites LED utilisent souvent des dissipateurs thermiques passifs.
Electronique de puissance
Les alimentations convertissent le courant alternatif en courant continu pour l'électronique grand public. Ce processus de conversion est inefficace et produit de la chaleur perdue qui peut réduire la durée de vie du bloc d'alimentation. Les dissipateurs thermiques des composants électroniques de puissance utilisent parfois un refroidissement hybride et utilisent des dissipateurs thermiques en aluminium pour réduire les coûts.
Industrie automobile
Outre les dissipateurs thermiques utilisés sur les circuits de commande des véhicules, les dissipateurs thermiques sont également utilisés pour maintenir les moteurs électriques au frais pendant leur fonctionnement ainsi que pour refroidir les chargeurs embarqués des véhicules électriques.
Industrie aérospaciale
Des dissipateurs thermiques peuvent être trouvés sur les circuits de commande utilisés dans les applications aérospatiales. Ils sont également utilisés sur les vaisseaux spatiaux pour transférer la chaleur vers le vide de l’espace. Cependant, ces dissipateurs thermiques transfèrent la chaleur uniquement par rayonnement car il n’y a pas de fluide caloporteur dans l’espace.
Electronique grand public
L'électronique grand public utilise largement les dissipateurs de chaleur pour maintenir les appareils au frais et fonctionner efficacement. Des exemples typiques incluent les dissipateurs thermiques des ordinateurs et des téléphones portables.
Dans le processus de fabrication d'un dissipateur thermique moulé sous pression, deux moitiés de matrice sont nécessaires dans le processus de moulage sous pression. Une moitié est appelée « moitié de matrice de couverture » et l’autre est appelée « moitié de matrice d’éjection ». Une ligne de joint est créée sur la pièce où les deux moitiés de matrice se rencontrent. La matrice est conçue de telle sorte que la pièce moulée finie glisse de la moitié de couvercle de la matrice et reste dans la moitié d'éjection lorsque la matrice est ouverte. La moitié d'éjecteur contient des broches d'éjection pour pousser la pièce moulée hors de la moitié de matrice d'éjection. Afin d'éviter d'endommager la pièce moulée, une plaque à broches d'éjection chasse avec précision toutes les broches hors de la matrice d'éjection en même temps et avec la même force. La plaque de broche d'éjection rétracte également les broches après avoir éjecté le moulage pour préparer le tir suivant.
Extrusion
L'extrusion, processus consistant à forcer des billettes de métal chaud à travers une filière en acier, est le moyen le plus courant de fabriquer des dissipateurs thermiques en aluminium. Il s'agit d'une méthode rapide, efficace et économique pour fabriquer des dissipateurs thermiques à partir de matériaux ductiles comme l'aluminium 1050. Les dissipateurs thermiques en aluminium extrudé sont généralement anodisés avant utilisation.
Parer
Le parage ou le scarification, le processus de découpe d'un matériau en tranches, est un processus de fabrication courant pour la production de dissipateurs thermiques à ailettes plates et à ailettes évasées. Le processus permet d'obtenir des ailettes plus fines et plus serrées que l'extrusion, et fournit également un niveau ou une rugosité de surface, qui augmente légèrement la surface totale.
Fonderie
Le moulage, le processus consistant à verser du métal en fusion dans un moule, est une autre façon de fabriquer des dissipateurs thermiques – en aluminium ou en cuivre. Les dissipateurs thermiques moulés sous pression peuvent avoir un niveau de complexité élevé et offrir d'excellentes propriétés mécaniques. Le moulage sous pression est également parfois utilisé pour fabriquer des dissipateurs thermiques en zinc.
Fraisage
Le fraisage, processus soustractif de découpe d'un matériau à partir d'une pièce brute, est un moyen abordable de fabriquer des dissipateurs thermiques de pratiquement n'importe quelle forme géométrique, à partir de matériaux tels que les alliages d'aluminium. Les dissipateurs thermiques fraisés (ou dissipateurs thermiques usinés) peuvent être plus coûteux que les alternatives, surtout en grande quantité, mais ils peuvent également être fabriqués très rapidement. Apprenez-en davantage sur l’usinage de l’aluminium.
impression en 3D
Les progrès récents dans la fabrication additive du cuivre ont fait des dissipateurs thermiques imprimés en 3D une alternative viable à leurs homologues traditionnels. Les technologies de fusion sur lit de poudre et de dépôt d’énergie dirigée ont été utilisées avec le plus de succès à cette fin.
Quels sont les facteurs qui affectent les performances d'un dissipateur thermique moulé sous pression
Les performances d'un dissipateur thermique moulé sous pression peuvent dépendre d'un certain nombre de facteurs, comme expliqué ci-dessous :
Conductivité thermique:La conductivité thermique du matériau du dissipateur thermique est l’un des facteurs les plus importants affectant les performances. Les matériaux ayant une conductivité thermique plus élevée, tels que le cuivre ou le diamant, peuvent transférer plus efficacement la chaleur du composant électronique.
Conception des ailerons :Un plus grand nombre d’ailettes signifie généralement une plus grande surface de transfert de chaleur et donc des performances améliorées.
Flux d'air:La chaleur est évacuée du dissipateur thermique par l'action de la convection naturelle ou forcée. Plus le débit d’air autour des ailettes du dissipateur thermique est élevé, plus le taux de transfert de chaleur est élevé.
Résistance thermique:La résistance au transfert de chaleur à l’interface entre une source de chaleur et son dissipateur thermique peut être provoquée par l’existence d’entrefers entre les composants. L’utilisation d’une pâte thermique pour combler ces écarts peut améliorer considérablement le taux de transfert de chaleur de la source au puits.
Température ambiante:Une température ambiante plus élevée entraînera un gradient de température plus faible entre la source de chaleur et le fluide environnant. Cela réduira les performances du dissipateur thermique.
Composants du dissipateur thermique moulé sous pression
Base
Une base de dissipateur thermique est généralement un bloc plat ou une feuille de matériau présentant une excellente conductivité thermique. La base a généralement une épaisseur transversale constante, mais elle peut également être conçue pour avoir un profil transversal qui optimise le transfert de chaleur pour la géométrie spécifique de la source de chaleur. La base est généralement montée sur la source de chaleur avec du matériel de montage et de la pâte thermique.
Palmes
Les ailettes dépassant de la base du dissipateur thermique sont responsables du transfert de chaleur vers le fluide environnant. Ces ailettes sont conçues pour optimiser la surface que le dissipateur thermique présente au fluide. Plus la surface est grande, plus le taux de transfert de chaleur est rapide.
Les ailettes peuvent soit faire partie intégrante de la base, soit être fixées séparément selon diverses techniques, par exemple via un processus de compression. La forme et la disposition des ailettes peuvent améliorer considérablement le taux de transfert de chaleur.
Caloducs
Un caloduc est conçu pour transférer de la chaleur le long de son axe. Les caloducs peuvent être incorporés à l’intérieur de dissipateurs de chaleur et de dissipateurs de chaleur standard par ajustement à la presse, soudure et époxy thermoconducteur pour améliorer leur efficacité de transfert de chaleur. Ils fonctionnent en transférant de la chaleur via un mécanisme de changement de phase qui provoque la vaporisation du fluide au niveau de la source de chaleur, puis se déplace le long de l'axe du caloduc jusqu'au point où il refroidit et se transforme à nouveau en liquide par condensation.
Matériau d'interface thermique
Les matériaux d'interface thermique, ou pâtes thermiques, sont utilisés pour améliorer considérablement le transfert de chaleur entre la source de chaleur et la base du dissipateur thermique en remplissant les vides d'air entre la source de chaleur et le dissipateur thermique. L'air est un mauvais conducteur de chaleur, donc remplir les espaces d'air avec un matériau plus conducteur thermique améliore l'efficacité de refroidissement d'un dissipateur thermique. Les pâtes thermiques peuvent être à base de métal, de céramique ou de silicone, la pâte thermique à base de métal étant la plus efficace.
Le matériel de montage
Les dissipateurs de chaleur peuvent être solidement fixés à leurs sources de chaleur cibles à l'aide de différentes méthodes de montage. Pour les dissipateurs thermiques plus petits, un adhésif à haute conductivité thermique est utilisé pour coller directement le dissipateur thermique sur une source de chaleur. Cette méthode est généralement utilisée sur des composants PCB plus petits. Pour les dissipateurs thermiques plus grands, des vis normales peuvent être utilisées, ou bien des punaises à ressort sont utilisées pour optimiser la pression de contact entre la source de chaleur et le dissipateur thermique.
Comment entretenir le dissipateur thermique moulé sous pression
Nettoyage régulier
La poussière et les débris peuvent s'accumuler à la surface des dissipateurs thermiques, obstruant la circulation de l'air et réduisant la dissipation thermique. Utilisez de l'air comprimé ou une brosse douce pour éliminer délicatement la saleté des ailettes. Pour les saletés plus tenaces, vous pouvez utiliser une solution détergente douce et un chiffon non abrasif, puis rincer à l'eau et sécher soigneusement.
Vérifier les dommages
Inspectez régulièrement le dissipateur thermique pour détecter tout signe de dommage tel que des ailettes pliées, des fissures ou de la corrosion. Les ailerons pliés peuvent être soigneusement redressés à l'aide de pinces, mais si les dommages sont graves, un remplacement peut être nécessaire. La corrosion peut être traitée en appliquant un revêtement protecteur approprié.
Remplacement du matériau de l'interface thermique
Au fil du temps, le matériau d'interface thermique (TIM) peut se dégrader en raison des cycles thermiques et de la contamination. Vérifiez périodiquement l'état du TIM et remplacez-le s'il est sec, fissuré ou autrement dégradé. Assurez-vous que le nouveau TIM est appliqué uniformément et correctement pour maintenir un bon contact avec la source de chaleur.
Environnement applicatif
Assurez-vous que le dissipateur thermique fonctionne dans les conditions environnementales recommandées. Une humidité excessive, des gaz corrosifs ou des températures extrêmes peuvent accélérer l'usure et réduire l'efficacité du dissipateur thermique.
Prévenir la contamination
Protégez le dissipateur thermique des contaminants qui pourraient obstruer les passages d'air ou réagir avec le métal. Cela implique d’éviter l’exposition aux produits chimiques, aux huiles et à d’autres substances qui pourraient adhérer à la surface.
Installation correcte
Lors de l'installation ou de la réinstallation du dissipateur thermique, assurez-vous qu'il est correctement aligné avec la source de chaleur. Une installation incorrecte peut entraîner un contact inégal et une efficacité réduite du transfert de chaleur.
Gestion des vibrations et des chocs
Les vibrations et les chocs peuvent desserrer le dissipateur thermique au fil du temps, entraînant un mauvais contact thermique. Utilisez des supports antivibratoires si nécessaire pour fixer fermement le dissipateur thermique.
Les performances du moniteur
Gardez un œil sur les performances thermiques du système. Si vous remarquez une baisse des performances ou une augmentation des températures de fonctionnement, cela peut indiquer que le dissipateur thermique a besoin d'être entretenu ou remplacé.
Suivez les directives du fabricant
Référez-vous toujours aux recommandations du fabricant pour les procédures d'entretien et de nettoyage. Ils peuvent fournir des instructions spécifiques adaptées aux matériaux et à la conception de leurs dissipateurs thermiques.
Afin de sélectionner le dissipateur thermique moulé sous pression adapté à votre application, il est important de comprendre la quantité de chaleur que votre appareil produira, ainsi que l'environnement dans lequel il fonctionnera. Une fois ceux-ci connus, le dissipateur thermique peut être conçu en calculant le taux de transfert de chaleur requis pour maintenir votre appareil à la température optimale, puis en concevant une configuration du dissipateur thermique pour atteindre ces températures.
Un dissipateur thermique moulé sous pression utilise les principes du transfert de chaleur conducteur, convectif et radiatif pour déplacer la chaleur d'une source plus chaude vers un fluide à plus basse température. La chaleur est conduite de cette source vers l’évier. Les dissipateurs thermiques sont fabriqués à partir de matériaux ayant une grande capacité thermique, c'est-à-dire qu'ils peuvent stocker plus de chaleur par gramme de matériau. Cette chaleur est ensuite transférée du puits au fluide environnant par convection et rayonnement. Le taux de transfert de chaleur est augmenté en ayant une grande surface en contact avec le fluide caloporteur. La surface peut être considérablement augmentée en découpant des ailettes dans le matériau de base du dissipateur thermique.
Un dissipateur thermique peut être passif ou actif. Un dissipateur thermique actif utilise la convection forcée créée par un ventilateur ou une pompe pour transférer rapidement la chaleur de l'appareil, tandis qu'un dissipateur thermique passif utilise la convection naturelle.
Certifications
Notre usine
Fondée en mai 2006. Il s'agit d'une entreprise de haute technologie axée sur la R&D, la fabrication et la vente de composants industriels, d'automatisation et de véhicules.
Les produits traités actuellement couvrent l'automatisation FA, les robots, les servomoteurs, les encodeurs, les automobiles, le médical, les trains à grande vitesse et d'autres domaines.
FAQ
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