¿Qué electrónica tiene disipadores de calor?
Feb 25, 2023|
La disipación de calor de los componentes electrónicos es uno de los problemas fundamentales que enfrentan los diseñadores e instaladores de una amplia variedad de equipos industriales y de consumo. Ya sea que el problema se refiera a los convertidores de potencia, que están presentes en casi todos los dispositivos, o a los procesadores, microcontroladores, etc., el desarrollo de los disipadores de calor, el elemento más simple pero crucial responsable de la regulación térmica de los componentes electrónicos, depende de los avances tecnológicos. Más comúnmente, actúa como un intercambiador de calor, aumentando el área de superficie radiante y disipando así el calor al medio ambiente de manera más eficiente.
Los disipadores de calor están hechos de una variedad de materiales, pero los más utilizados son buenos conductores térmicos como el cobre o el aluminio, que también tienen la ventaja de ser livianos, por lo que no aumentan significativamente el peso del producto final, que es especialmente cierto en aplicaciones móviles importantes. También se puede mecanizar fácilmente. Esto significa que en el caso de aplicaciones no estándar, podemos comprar un disipador genérico y ajustar fácilmente su tamaño para satisfacer las necesidades de un proyecto específico. Sin embargo, en muchos casos, dicho mecanizado mecánico (o incluso manual) se limita a roscar los orificios con la rosca adecuada para montar/fijar el disipador de calor en su lugar.
¿Qué es la disipación de calor de los disipadores de calor electrónicos?
Un desafío importante en el diseño de la electrónica es la gestión térmica. El calor generado se acumula dentro de la carcasa y puede dañar los componentes electrónicos. Este sobrecalentamiento no solo reduce la esperanza de vida, sino que también puede provocar fallas en el producto. Esto es adecuado para pequeños dispositivos portátiles, controladores o equipos de exterior más pesados. El comportamiento térmico de tales componentes siempre requiere una atención especial por parte del diseñador y no puede ser ignorado.
¿Cómo diseñar disipadores de calor electrónicos?
Los elementos de diseño comunes destinados a mejorar las capacidades de transferencia de calor de la electrónica a través de la conducción incluyen:
Material de interfaz térmica (TIM)
Estos materiales se utilizan como materiales de relleno en el espacio entre la fuente de calor y el disipador de calor. Por lo general, tienen una alta conductividad térmica, lo que ayuda a administrar de manera eficiente la transferencia de calor en todo el sistema.
Disipador de calor
Un disipador de calor es una pieza metálica en contacto con una fuente de calor que elimina el calor principalmente por conducción, a veces por convección o radiación. El aluminio o el cobre se utilizan generalmente como material disipador de calor porque la conductividad térmica de estos metales es alta y es directamente proporcional a la eficiencia de disipación de calor. Dado que la transferencia de calor se realiza a través de la superficie, los disipadores de calor están especialmente diseñados en varias formas para garantizar una gran superficie.
Tubo de calor
Los tubos de calor son tubos de cobre o aluminio sellados o tubos que contienen fluidos. El líquido absorbe calor de la superficie caliente, hierve y entra en estado de vapor.
Módulo Termoeléctrico
Los módulos termoeléctricos son dispositivos que utilizan el efecto Peltier para calentar o enfriar componentes según la aplicación de corriente eléctrica al dispositivo. Estos siempre se utilizan con un disipador de calor, de lo contrario, el dispositivo puede sobrecalentarse y fallar.
Grasa térmica o adhesivo
Los adhesivos o grasas termoconductores son otra tecnología única de transferencia de calor. Una de las principales ventajas es que unen componentes que no se pueden unir mecánicamente.
Obviamente, los diseñadores tienen muchas opciones. Sin embargo, no es fácil determinar la combinación adecuada de componentes para garantizar una refrigeración fiable y eficiente manteniendo el producto lo más compacto posible. Aquí es donde las simulaciones pueden proporcionar información valiosa.
Simulación Térmica
Uno de los mejores métodos que un diseñador puede usar para superar este problema es ejecutar simulaciones térmicas en el gabinete de la electrónica antes de fabricar el producto real. Tales simulaciones pueden ayudar a encontrar respuestas a muchas preguntas clave: ¿Qué tan eficiente es el sistema de enfriamiento? ¿Qué posibles cambios de diseño deben implementarse? ¿Cómo afecta el material elegido el comportamiento de la transferencia de calor? Hay muchos más, dependiendo de la naturaleza de su producto.
La necesidad de crear dispositivos electrónicos más seguros y compactos desafía a los ingenieros de todo el mundo a crear diseños extraordinarios. En el proceso de diseño tradicional, la única forma de garantizar la durabilidad de un nuevo producto electrónico es realizar numerosas iteraciones de diseño hasta que se cumplan todos los criterios. Esto significa una gran cantidad de prototipos físicos y un proceso de prueba físico costoso y que requiere mucho tiempo.
Además de la cantidad de iteraciones de diseño, la etapa en la que se debe implementar un cambio de diseño es igualmente importante; cuanto antes en el proceso, más rentable es implementar el cambio de diseño. Más adelante en esta fase, el alcance de los posibles cambios de diseño se reduce drásticamente y solo son posibles pequeñas modificaciones de diseño incrementales.