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Un dissipatore di calore pressofuso utilizza il processo di fusione forzando il metallo fuso ad alta pressione in una cavità stampata. La cavità stampata del dissipatore di calore pressofuso viene creata utilizzando uno stampo in acciaio per utensili temprato che viene accuratamente lavorato in una forma prestabilita. Le attrezzature di fusione e gli stampi metallici rappresentano ingenti costi di capitale che tendono a limitare il processo ad applicazioni di produzione ad alto volume.
Vantaggi del dissipatore di calore pressofuso
I dissipatori di calore aiutano a mantenere una temperatura operativa costante, il che aiuta a migliorare l'affidabilità di un dispositivo.
I dissipatori di calore rimuovono il calore disperso da un dispositivo che altrimenti ne ridurrebbe la durata.
Dispositivi come le CPU, ad esempio, funzionano in modo più efficace quando sono freddi. Un dissipatore di calore efficace può migliorare le prestazioni di un dispositivo.
Se è possibile utilizzare un dissipatore di calore passivo, potrebbe non essere necessaria una ventola di raffreddamento. Ciò alla fine ridurrà il rumore del dispositivo.
Un dissipatore di calore consente l'uso di componenti più economici per svolgere lo stesso lavoro, con conseguente riduzione complessiva dei costi di produzione e del prezzo per i consumatori.
Dissipatori di calore passivi
Un dissipatore di calore passivo è il tipo più semplice di dissipatore di calore. È semplicemente una base con alette. Il calore viene trasferito principalmente attraverso la convezione naturale. Man mano che l'aria attorno alle alette si riscalda per conduzione, l'aria calda salirà, facendo sì che l'aria più fredda sostituisca l'aria calda. Questo è un processo continuo. Questi tipi di dissipatori di calore non sono i più efficaci.
Dissipatori di calore ibridi
Un dissipatore di calore ibrido utilizza un sistema di controllo per decidere quando adottare un comportamento passivo o attivo. Quando la fonte di calore produce bassi livelli di calore, il ventilatore o la pompa non vengono accesi, poiché la convezione naturale è sufficiente per trasferire la quantità di calore richiesta lontano dalla fonte di calore. Quando la convezione naturale non è adeguata, si attiva la ventola e la convezione forzata aiuta ad aumentare la quantità di calore trasferita lontano dalla fonte.
Dissipatori di calore attivi
Un dissipatore di calore attivo sfrutta la convezione forzata per trasferire il calore. Quando una ventola o una pompa provoca un flusso di fluido sul dissipatore di calore, questo flusso costante continua a sostituire il fluido caldo attorno al dissipatore di calore con fluido più freddo. Maggiore è la portata, maggiore è la velocità di trasferimento del calore. I dissipatori di calore attivi sono più efficaci dei dissipatori di calore passivi.
Materiale del dissipatore di calore pressofuso
I dissipatori di calore pressofusi sono realizzati con materiali ad elevata conduttività termica. I più comuni sono elencati di seguito.
Alluminio:L’alluminio è un materiale leggero ed economico che ha una buona conduttività termica. È comunemente utilizzato nei dissipatori di calore per dispositivi elettronici, come computer e luci a LED.
Rame:Il rame ha un'eccellente conduttività termica e può essere utilizzato su componenti più sensibili come le CPU dei computer.
Leghe di alluminio:L'alluminio puro può essere difficile da lavorare poiché è troppo morbido, le leghe di alluminio come la 1050 hanno una maggiore resistenza senza influire in modo significativo sul trasferimento di calore mentre le leghe della serie 6 sono ancora più resistenti ma sacrificano la conduttività termica.
Grafite:La grafite ha una conduttività simile a quella del rame ma è significativamente più leggera.
Diamante:Il diamante ha una conduttività termica significativamente migliore rispetto al rame, tuttavia il suo costo lo rende poco pratico nella maggior parte delle applicazioni e viene generalmente utilizzato nelle applicazioni dei semiconduttori.
Applicazione del dissipatore di calore pressofuso
Processori per computer
I processori dei computer (CPU) producono una grande quantità di calore disperso durante il funzionamento. Spesso utilizzano dissipatori di calore in rame con una ventola di raffreddamento attiva. Le CPU interessanti possono funzionare in modo più efficace.
Illuminazione a LED
Le luci a LED non producono calore allo stesso modo di una lampadina a incandescenza. Tuttavia, l’elettronica utilizzata per far funzionare un LED produce molto calore di scarto che deve essere trasferito via. I piccoli LED utilizzano spesso dissipatori di calore passivi.
Elettronica di potenza
Gli alimentatori convertono l'alimentazione CA in alimentazione CC per l'elettronica di consumo. Questo processo di conversione è inefficiente e produce calore di scarto che può ridurre la durata dell'alimentatore. I dissipatori di calore sull'elettronica di potenza a volte impiegano un raffreddamento ibrido e utilizzano dissipatori di calore in alluminio per ridurre i costi.
Industria automobilistica
Oltre ai dissipatori di calore utilizzati nei circuiti di controllo dei veicoli, i dissipatori di calore vengono utilizzati anche per mantenere freddi i motori elettrici durante il funzionamento e per raffreddare i caricabatterie di bordo per i veicoli elettrici.
Industria aerospaziale
I dissipatori di calore possono essere trovati sui circuiti di controllo utilizzati nelle applicazioni aerospaziali. Vengono utilizzati anche sui veicoli spaziali per trasferire il calore nel vuoto dello spazio. Tuttavia, questi dissipatori di calore trasferiscono il calore esclusivamente attraverso la radiazione poiché nello spazio non è presente alcun fluido termovettore.
Elettronica di consumo
L'elettronica di consumo fa ampio uso di dissipatori di calore per mantenere i dispositivi freschi e funzionanti in modo efficiente. Esempi tipici includono i dissipatori di calore nei computer e nei telefoni cellulari.
Nel processo di produzione di un dissipatore di calore pressofuso, sono necessarie due metà dello stampo. Una metà è chiamata "metà dello stampo di copertura" e l'altra è chiamata "metà dello stampo di espulsione". Viene creata una linea di divisione nel punto in cui si incontrano le due metà dello stampo. Lo stampo è progettato in modo che la fusione finita scivoli via dalla metà del coperchio dello stampo e rimanga nella metà dell'espulsore quando lo stampo viene aperto. La metà dell'espulsore contiene perni di espulsione per spingere la fusione fuori dalla metà dello stampo di espulsione. Per evitare danni alla fusione, una piastra dell'espulsore spinge con precisione tutti i perni fuori dallo stampo contemporaneamente e con la stessa forza. La piastra dei perni di espulsione inoltre ritrae i perni dopo aver espulso il getto per prepararsi allo sparo successivo.
Estrusione
L'estrusione, il processo di forzatura delle billette di metallo caldo attraverso una matrice di acciaio, è il modo più comune di realizzare dissipatori di calore in alluminio. È un metodo rapido, efficace ed economico per realizzare dissipatori di calore con materiali duttili come l'alluminio 1050. I dissipatori di calore in alluminio estruso sono generalmente anodizzati prima dell'uso.
Scivolare
La smussatura o la scorzatura, il processo di taglio del materiale in fette, è un processo di fabbricazione comune per la produzione di dissipatori di calore con alette a piastra e alette svasate. Il processo consente alette più sottili e più fitte rispetto all'estrusione e fornisce anche un livello o rugosità superficiale, che aumenta leggermente la superficie totale.
Colata
La fusione, il processo di colata del metallo fuso in uno stampo, è un altro modo per realizzare dissipatori di calore: alluminio o rame. I dissipatori di calore pressofusi possono avere un elevato livello di complessità e offrire eccellenti proprietà meccaniche. La pressofusione viene talvolta utilizzata anche per realizzare dissipatori di calore in zinco.
Fresatura
La fresatura, il processo sottrattivo di taglio del materiale da un pezzo grezzo, è un modo conveniente per realizzare dissipatori di calore praticamente con qualsiasi forma geometrica, da materiali come le leghe di alluminio. I dissipatori di calore fresati (o dissipatori di calore lavorati) possono essere più costosi delle alternative, soprattutto in grandi quantità, ma possono anche essere realizzati molto rapidamente. Ulteriori informazioni sulla lavorazione dell'alluminio.
Stampa 3D
I recenti progressi nella produzione additiva del rame hanno reso i dissipatori di calore stampati in 3D una valida alternativa alle loro controparti tradizionali. Le tecnologie di fusione del letto di polvere e di deposizione diretta di energia sono state utilizzate con maggior successo a questo scopo.
Quali sono i fattori che influenzano le prestazioni di un dissipatore di calore pressofuso
Le prestazioni di un dissipatore di calore pressofuso possono dipendere da una serie di fattori, come spiegato di seguito:
Conduttività termica:La conduttività termica del materiale del dissipatore di calore è uno dei fattori più importanti che influenzano le prestazioni. I materiali con una maggiore conduttività termica, come il rame o il diamante, possono trasferire il calore lontano dal componente elettronico in modo più efficiente.
Design delle pinne:Un numero maggiore di alette generalmente significa una superficie maggiore per il trasferimento di calore e, quindi, prestazioni migliori.
Flusso d'aria:Il calore viene rimosso dal dissipatore mediante l'azione della convezione naturale o forzata. Maggiore è la velocità del flusso d'aria attorno alle alette del dissipatore di calore, maggiore sarà la velocità di trasferimento del calore.
Resistenza termica:La resistenza al trasferimento di calore all'interfaccia tra una fonte di calore e il suo dissipatore di calore può essere causata dall'esistenza di traferri tra i componenti. L'uso di una pasta termica per colmare queste lacune può migliorare significativamente la velocità di trasferimento del calore dalla sorgente al dissipatore.
Temperatura ambiente:Una temperatura ambiente più elevata comporterà un gradiente di temperatura minore tra la fonte di calore e il fluido circostante. Ciò ridurrà le prestazioni del dissipatore di calore.
Componenti del dissipatore di calore pressofuso
Base
La base di un dissipatore di calore è in genere un blocco piatto o un foglio di materiale con eccellente conduttività termica. La base ha tipicamente uno spessore di sezione trasversale costante, ma può anche essere progettata per avere un profilo di sezione trasversale che ottimizzi il trasferimento di calore per la geometria specifica della fonte di calore. La base è generalmente montata sulla fonte di calore con hardware di montaggio e pasta termica.
Pinne
Le alette che sporgono dalla base del dissipatore di calore sono responsabili del trasferimento del calore al fluido circostante. Queste alette sono progettate per ottimizzare la superficie che il dissipatore di calore presenta al fluido. Maggiore è la superficie, maggiore è la velocità di trasferimento del calore.
Le alette possono formare parte integrante della base oppure possono essere fissate separatamente utilizzando varie tecniche, ad esempio tramite un processo di compressione. La forma e la disposizione delle alette possono migliorare notevolmente la velocità di trasferimento del calore.
Tubi di calore
Un tubo termico è progettato per trasferire il calore lungo il proprio asse. I tubi di calore possono essere incorporati all'interno di dissipatori di calore e diffusori di calore standard tramite raccordi a pressione, saldatura e resina epossidica termicamente conduttiva per migliorare l'efficienza del trasferimento di calore. Funzionano trasferendo il calore attraverso un meccanismo di cambiamento di fase che fa vaporizzare il fluido nella fonte di calore, quindi viaggia lungo l'asse del tubo di calore fino al punto in cui si raffredda e si trasforma nuovamente in un liquido tramite condensazione.
Materiale dell'interfaccia termica
I materiali di interfaccia termica, o paste termiche, vengono utilizzati per migliorare significativamente il trasferimento di calore tra la fonte di calore e la base del dissipatore di calore riempiendo eventuali vuoti d'aria tra la fonte di calore e il dissipatore di calore. L'aria è un cattivo conduttore di calore, quindi riempire gli interstizi d'aria con un materiale termicamente più conduttivo migliora l'efficienza di raffreddamento di un dissipatore di calore. Le paste termiche possono essere metalliche, ceramiche o a base di silicone; la pasta termica a base metallica è la più efficace.
Montare l'hardware
I dissipatori di calore possono essere fissati saldamente alle fonti di calore target utilizzando diversi metodi di montaggio. Per i dissipatori di calore più piccoli viene utilizzato un adesivo ad alta conduttività termica per attaccare direttamente il dissipatore di calore su una fonte di calore. Questo metodo viene generalmente utilizzato su componenti PCB più piccoli. Per i dissipatori di calore più grandi è possibile utilizzare normali viti o, in alternativa, puntine caricate a molla per ottimizzare la pressione di contatto tra la fonte di calore e il dissipatore di calore.
Come mantenere il dissipatore di calore pressofuso
Pulizia regolare
Polvere e detriti possono accumularsi sulla superficie dei dissipatori di calore, ostruendo il flusso d'aria e riducendo la dissipazione del calore. Utilizzare aria compressa o una spazzola morbida per rimuovere delicatamente lo sporco dalle alette. Per lo sporco più ostinato, è possibile utilizzare una soluzione detergente delicata e un panno non abrasivo, quindi risciacquare con acqua e asciugare accuratamente.
Verificare la presenza di danni
Ispezionare regolarmente il dissipatore di calore per rilevare eventuali segni di danni come alette piegate, crepe o corrosione. Le alette piegate possono essere raddrizzate con cura utilizzando delle pinze, ma se il danno è grave, potrebbe essere necessaria la sostituzione. La corrosione può essere affrontata applicando un rivestimento protettivo adeguato.
Sostituzione del materiale dell'interfaccia termica
Nel corso del tempo, il materiale dell'interfaccia termica (TIM) può degradarsi a causa dei cicli termici e della contaminazione. Controllare periodicamente lo stato del TIM e sostituirlo se risulta seccato, rotto o comunque degradato. Assicurarsi che il nuovo TIM sia applicato in modo uniforme e corretto per mantenere un buon contatto con la fonte di calore.
Ambiente applicativo
Assicurarsi che il dissipatore di calore funzioni entro le condizioni ambientali consigliate. Umidità eccessiva, gas corrosivi o temperature estreme possono accelerare l'usura e ridurre l'efficacia del dissipatore di calore.
Prevenire la contaminazione
Proteggere il dissipatore di calore da contaminanti che potrebbero ostruire i passaggi dell'aria o reagire con il metallo. Ciò include evitare l'esposizione a prodotti chimici, oli e altre sostanze che potrebbero aderire alla superficie.
Installazione corretta
Durante l'installazione o la reinstallazione del dissipatore di calore, assicurarsi che sia allineato correttamente con la fonte di calore. Un'installazione non corretta può portare a un contatto irregolare e a una riduzione dell'efficienza del trasferimento di calore.
Gestione delle vibrazioni e degli urti
Vibrazioni e urti possono allentare il dissipatore di calore nel tempo, portando a uno scarso contatto termico. Se necessario, utilizzare supporti antivibranti per fissare saldamente il dissipatore di calore.
Monitorare le prestazioni
Tieni d'occhio le prestazioni termiche del sistema. Se noti un calo delle prestazioni o un aumento delle temperature di esercizio, potrebbe essere un segnale che il dissipatore necessita di manutenzione o sostituzione.
Seguire le linee guida del produttore
Fare sempre riferimento alle raccomandazioni del produttore per le procedure di manutenzione e pulizia. Possono fornire istruzioni specifiche su misura per i materiali e il design dei loro dissipatori di calore.
Per selezionare il dissipatore di calore pressofuso corretto per la tua applicazione, è importante capire quanto calore produrrà il tuo dispositivo, nonché l'ambiente in cui funzionerà. Una volta noti questi valori, è possibile progettare il dissipatore di calore calcolando la velocità di trasferimento del calore necessaria per mantenere il dispositivo alla temperatura ottimale e quindi progettando una configurazione del dissipatore di calore per raggiungere queste temperature.
Un dissipatore di calore pressofuso utilizza i principi del trasferimento di calore conduttivo, convettivo e radiativo per spostare il calore da una fonte più calda a un fluido a temperatura inferiore. Il calore viene condotto da questa fonte al lavandino. I dissipatori di calore sono realizzati con materiali con una grande capacità termica, ovvero possono immagazzinare più calore per grammo di materiale. Questo calore si trasferisce quindi dal lavandino al fluido circostante tramite convezione e irraggiamento. La velocità di trasferimento del calore viene aumentata avendo un'ampia superficie a contatto con il fluido di scambio termico. La superficie può essere notevolmente aumentata tagliando le alette nel materiale di base del dissipatore di calore.
Un dissipatore di calore può essere passivo o attivo. Un dissipatore di calore attivo sfrutta la convezione forzata creata da una ventola o una pompa per trasferire rapidamente il calore dal dispositivo, mentre un dissipatore di calore passivo sfrutta la convezione naturale.
Certificazioni
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Fondata nel maggio 2006. È un'impresa high-tech focalizzata su ricerca e sviluppo, produzione e vendita di componenti industriali, di automazione e di veicoli.
Gli attuali prodotti trasformati coprono l'automazione FA, robot, servomotori, encoder, automobili, medicina, ferrovie ad alta velocità e altri campi.
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