All’inizio della progettazione, abbiamo campo libero per quanto concerne la scelta della forma del dissipatore (raffreddatore), nonostante la logica imponga nella maggior parte dei casi di mantenerlo quanto più piccolo possibile in modo che occupi uno spazio minimo sul circuito stampato (nel caso si tratti di un raffreddatore più piccolo progettato per montaggio su circuito stampato).
D’altro canto, spesso la forma è più o meno predefinita da requisiti dell’applicazione, soprattutto se si tratta di un dissipatore di calore visibile, come per esempio il retro del dispositivo. In tal caso, le sue dimensioni sono predefinite e le proprietà termiche possono essere influenzate principalmente dall’altezza e dalla densità delle alette del dissipatore di calore.
Quali sono le opzioni da considerare quando si tratta di scegliere un dissipatore di calore?
1) Se le unità da disperdere raggiungono i dieci Watt, si sceglie generalmente una tipologia standard di dissipatore, come illustrato a titolo esemplificativo in questa immagine (1):
2) Se le unità da disperdere vanno da dieci a centinaia di Watt e allo stesso tempo dobbiamo occupare meno spazio possibile, è meglio raffreddare utilizzando aggregati di raffreddamento oppure dissipatori di calore raffreddati ad acqua(2):
Gli aggregati e il raffreddamento ad acqua sono una soluzione molto efficace, ma ovviamente presentano alcune complicazioni quali, ad esempio, un aumento del rumore dovuto alla ventola, un’efficacia in graduale diminuzione dovuta alla polvere e alla durata limitata della ventola. Il raffreddamento ad acqua costituisce quindi un altro capitolo speciale e viene utilizzato principalmente per semiconduttori a potenza e densità elevate su circuito stampato.
Pertanto, la scelta più comune sono i profili standard; ovviamente possiamo aiutarci con le ventole, come possiamo vedere nel caso dei processori di PC.
Cosa significa “profilo standard”?
La risposta è semplice: si tratta di raffreddatori con forme e dimensioni molto differenti, ma comunemente disponibili come prodotti standard del produttore. Dunque non parliamo di una forma completamente nuova di raffreddatore basata sulle tue esigenze specifiche.
È possibile ottenere un dissipatore di calore completamente nuovo con un design personalizzato?
Sì, è persino una cosa relativamente comune, per quanto un po’ dispendiosa. Questi raffreddatori sono generalmente prodotti dalla lavorazione di un blocco di alluminio, per cui è necessario rispettare i requisiti e le capacità della tecnologia di fresatura. In questi casi, il produttore sarà lieto di consigliarti in merito agli aspetti su cui prestare attenzione.
Esiste anche un ibrido tra un dissipatore di calore standard e uno completamente nuovo?
Sì, generalmente la migliore opzione è quella di utilizzare uno dei profili standard e regolarlo in base ai propri requisiti. Quelli più comuni includono: dimensioni regolabili, fresatura, fresatura di alcune alette (es. più lontane), praticare fori diversi con o senza fili e simili. Di solito questo tipo di modifiche apportate direttamente dal produttore sono economiche già a partire da diverse decine o centinaia di pezzi.
É necessario un dissipatore di calore con un trattamento di superficie?
Non ha una funzione meramente estetica, ma anche pratica, come abbiamo sintetizzato nel nostro articolo Quale trattamento di superficie per dissipatore di calore scegliere?
L’alluminio, nonostante la buona conducibilità termica, presenta un’emissività eccezionalmente bassa senza trattamento di superficie. Nei sistemi chiusi a bassa portata d’aria, dove l’irradiazione di calore svolge un ruolo importante, il raffreddatore anodizzato nero può anche raddoppiare l’efficienza di un dispositivo di raffreddamento in alluminio non rivestito. Poiché la finitura anodizzata nera è relativamente economica, le regolazioni estetiche e pratiche sono molto adatte.
In base a quali criteri scegliere un dissipatore di calore dalle dimensioni ideali?
La resistenza termica Rth del dissipatore di calore misurata in K/W, in pratica mostra di quanti Kelvin ("C") la temperatura del dissipatore di calore aumenta quando viene riscaldata a 1 Watt. Il calcolo dettagliato delle condizioni di temperatura va oltre lo scopo di questo articolo: forniremo maggiori dettagli su questo argomento in futuro.
A seconda della lunghezza, ogni profilo standard ha un grafico di Rth.
Come vediamo, il grafico è logaritmico, non lineare. Per dirla in parole povere, questo avviene anche perché lo spessore della base e quindi la conducibilità termica nella direzione longitudinale sono limitati.
Ciò mostra chiaramente che non ha molto senso aumentare troppo la lunghezza del dissipatore di calore. Se è necessario un Rth inferiore, allora è preferibile utilizzare un profilo più ampio e possibilmente con alette più alte.
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