Introducció
Els dissipadors de calor-normalment fets d'alumini o coure-allunyen la calor dels components electrònics i l'empenyen a l'aire que els envolta. Els trobaràs a tot arreu: a l'interior d'ordinadors, il·luminació, dispositius d'alimentació, com vulguis. Per ajudar-los a durar més temps i treballar millor, les empreses solen tractar les seves superfícies. Coses com l'anodització, el revestiment metàl·lic o els recobriments especials no només protegeixen les aletes de l'òxid; també els ajuda a eliminar la calor de manera més eficient. Cada tractament té el seu propi conjunt de pros i contres. Alguns augmenten el rendiment tèrmic, d'altres lluiten contra la corrosió i d'altres només redueixen els costos. Fem una ullada més de prop a l'anodització, el revestiment i els recobriments dels dissipadors de calor i veiem com s'acumulen cadascun quan es tracta d'eficiència, protecció i preu.
Dissipadors de calor anoditzats: emissivitat i durabilitat
L'anodització és un procés-per fer que els dissipadors de calor d'alumini siguin més resistents i més duradors-. Així és com funciona: feu passar un corrent elèctric a través del metall, que espessa la seva capa d'òxid natural en una closca resistent i porosa. Aquesta closca fa molt. Protegeix el dissipador de calor de la corrosió i el desgast-per la qual cosa resistirà molt millor a coses com la humitat o l'aire salat que l'alumini normal. També obtindreu un gran aïllament elèctric de l'oferta, de manera que hi ha menys risc de curtcircuits elèctrics quan els vostres components estan ben empaquetats.
Però la veritable màgia, almenys per al refredament, passa amb l'emissivitat superficial. L'alumini nu amb prou feines irradia calor. La seva emissivitat se situa al voltant de 0,04 a 0,06, la qual cosa significa que principalment només recupera la calor en lloc de deixar-la escapar. Un cop anoditzat, però, aquest nombre salta a 0,8 o fins i tot 0,9. Això és un salt massiu-de sobte, un dissipador de calor anoditzat negre pot irradiar calor de 15 a 20 vegades més eficientment que un de normal. Això és molt important si esteu tractant amb refrigeració passiva o situacions en què el flux d'aire és limitat. Els experts diuen que els dissipadors de calor anoditzats negres poden augmentar el refredament radiatiu entre 8 i 10 vegades en comparació amb l'alumini nu, i això significa peces més fresques, especialment en configuracions petites o estretes.
Ara, la capa anoditzada en si és prima-normalment només entre 5 i 25 micres per a les coses estàndard-per la qual cosa no frena realment el flux de calor a través del metall. Obteniu una mica de resistència tèrmica addicional, potser un 5-10% més, però l'augment de l'emissivitat ho compensa amb escreix. Si passeu per la borda i feu servir un "anoditzat dur" súper gruixut (25-100 micres), llavors sí, començareu a veure com l'aigüera s'escalfa més perquè la capa bloqueja una mica més la calor. Però en condicions normals, la compensació-és menor i normalment val la pena.
Hi ha més coses per agradar sobre l'anodització. El procés és provat-i-veritat, funciona a escala i sol ser menys costós que els recobriments especials de luxe. A més, la superfície porosa pren bé el colorant, de manera que podeu obtenir dissipadors de calor de tot tipus de colors sense interferir amb el seu poder de refrigeració. Les investigacions mostren que el color realment no importa per a la radiació tèrmica-un acabat anoditzat transparent es refreda tan bé com el negre.
Conclusió: els dissipadors de calor anoditzats són els preferits per una raó. Resisteixen la corrosió, irradien calor com els campions i es veuen bé fent-ho. L'únic inconvenient real és una lleugera caiguda de la conducció tèrmica si la capa d'òxid es fa massa gruixuda, però amb l'anodització estàndard, això no és gran cosa. Obteniu un equilibri intel·ligent de protecció i rendiment.
Revestiment de dissipadors de calor: conductivitat i protecció
Placar un dissipador de calor significa afegir una capa fina de metall-níquel, estany, plata o, de vegades, or-a la superfície. La gent sol fer-ho amb piques de coure o d'acer, i de vegades amb alumini, tot i que això requereix una capa inferior especial. El gran motiu de la placa? Protecció contra la corrosió. Per exemple, posar níquel o estany sobre el coure evita que s'oxidi i es corroeixi, cosa que ajuda al dissipador de calor a seguir funcionant bé en ambients humits o durs. Bàsicament, el recobriment metàl·lic actua com un escut, mantenint l'aire i la humitat fora i fent que la peça duri més.
Les capes xapades, a diferència de les anoditzades, encara condueixen tant la calor com l'electricitat. El niquelat sense electros destaca perquè és resistent a la corrosió i encara condueix la calor. Una capa de níquel té una conductivitat tèrmica d'uns 90 W/m·K-menys que el coure (uns 400 W/m·K) o l'alumini (uns 200 W/m·K)-però encara fa la feina. Un expert del sector fins i tot diu que "el níquel sense electros és el millor recobriment si voleu la màxima transferència de calor", i que el níquel es manté conductor, tant tèrmicament com elèctricament. El platejat augmenta encara més (al voltant de 429 W/m·K) i apareix en equipaments d'alt rendiment-extrem, tot i que s'entallen amb el temps. El xapat daurat (318 W/m·K) sol aparèixer en aplicacions aeroespacials o de RF on l'estabilitat és més important.
La majoria dels xapats només tenen unes poques micres de gruix, de manera que amb prou feines afegeix cap resistència tèrmica. Per al níquel, la resistència addicional és d'uns 0,2 K·cm²/W-tan petita que no importa per a la majoria de dissenys. A diferència de la pintura, el revestiment metàl·lic gairebé no aïlla, ja que el metall en si porta bé la calor. Tot i així, el xapat no és barat. El cost depèn del metall: l'estany i el níquel no són dolents, però la plata i l'or poden ser cars ràpidament. A més, revestir l'alumini no és senzill-necessiteu passos de neteja addicionals o una capa base especial, la qual cosa augmenta la molèstia.
Conclusió: el revestiment dels dissipadors de calor us ofereix una resistència sòlida a la corrosió sense alterar la conducció de la calor. Això és especialment comú per als embornals de coure (ja que al coure li encanta corroir-se) i a qualsevol lloc on vulgueu un acabat brillant i net, com els connectors. Els inconvenients-? Cost més elevat i, de vegades, problemes de corrosió galvànica-com si el níquel prim de l'alumini es ratlla. Però per a feines d'alta-fiabilitat, normalment val la pena. Una bona placa de níquel o llauna fa que un dissipador de calor funcioni a llarg termini.
Dissipadors de calor amb diferents tipus d'acabat superficial
Recobriments per a dissipadors de calor: Acabats estètics i aïllants
Els recobriments del dissipador de calor solen significar pintures, capes en pols o pel·lícules de polímer que es colpegen després de fer el dissipador de calor. Aquestes capes són molt més gruixudes que l'anodització-creu que entre 30 i 100 micres-i, sincerament, estan allà per protegir la peça o fer-la veure bé, no per ajudar-la a refredar-se millor. De fet, el recobriment es converteix en un autèntic bloqueig tèrmic. Un dissenyador de dissipadors de calor ho va dir sense embuts: "No pintis dissipadors de calor". La pintura deixa una pel·lícula fina i aïllant que frena la transferència de calor. Fins i tot un abric negre mat, que algunes persones pensen que pot ajudar, en realitat arrossega una mica el rendiment. La seva baixa conductivitat tèrmica i el seu gruix només s'interposen.
Ara, hi ha un gir. Els recobriments augmenten l'emissivitat superficial. Un bon acabat negre pot tenir una emissivitat entre 0,4 i 0,8, molt millor que el metall brillant. Per tant, sí, un dissipador de calor pintat irradia calor de manera més eficient. Però aquí hi ha el problema: aquest impuls rarament compensa el fet que el recobriment bloqueja el flux de calor del propi metall. Les dades de ProtoLabs mostren que els recobriments en pols poden reduir el rendiment tèrmic entre un 20 i un 50 per cent en els dissipadors de calor d'alta-potència. Així, les piques pintades acaben escalfant-se més, sobretot quan les coses s'intensifiquen. Alguns fabricants ofereixen pintures "dissipatives tèrmiques", però com va assenyalar un enginyer, el metall nu supera les peces recobertes quan la diferència de temperatura no és gran.
Hi ha un altre tipus de recobriments-revestiments de conversió com ara el cromat o el fosfat. Aquestes són una història diferent. Són súper prims, només fraccions d'una micra i s'uneixen directament al metall. Amb prou feines toquen la transferència de calor, però ajuden a que la pintura s'enganxi i afegeix una mica de protecció contra la corrosió.
Conclusió: la gent utilitza recobriments de polímer als dissipadors de calor per a l'aspecte o aïllament elèctric, no per a un millor refredament. Fan que la peça sembli nítida i ajuden a evitar rascades o curtcircuits elèctrics, però sempre hi ha un petit impacte en el rendiment tèrmic. En aparells LED de baixa potència-o aparells de consum on l'aspecte importa, una capa de pols blanca o negra sol estar bé. Però quan es tracta de coses d'alt-rendiment, els enginyers eviten la pintura gruixuda en els dissipadors de calor crítics.
Comparació de rendiment i eficiència
Aleshores, com s'acumulen aquests tractaments a l'hora d'eliminar la calor? Realment es redueix a la manera de refredar les coses. Si confieu en la refrigeració passiva-sense ventiladors, només un bon vell flux d'aire natural-que augmenta l'emissivitat fa una gran diferència. Aquí és on brillen l'anoditzat negre o els recobriments especials, literal i figurada. Deixen que el dissipador de calor expulsi més calor a través de la radiació. Agafeu un petit dissipador de calor passiu: si l'anoditzeu en negre, podeu reduir la seva temperatura entre un 10 i un 20%, només deixant-lo irradiar millor.
Però un cop introduïu un ventilador i canvieu a la refrigeració per aire forçat-, la convecció pren el relleu. De sobte, aquest fantàstic recobriment d'alta-emissivitat només ajuda a millorar una mica-només un petit percentatge, res espectacular.
Ara, què passa amb els metalls xapats? Les aigüeres-nequelades, per exemple, encara condueixen la calor gairebé tan bé com l'alumini nu. Fins i tot un enginyer ho va dir amb força claredat: els recobriments anoditzats no mouen la calor de manera tan eficient com el revestiment metàl·lic. Dit això, una fina capa anoditzada-d'unes quantes micres de gruix-no interfereix realment en la conducció. El panorama general: els dissipadors de calor anoditzats o pintats es refereixen a la radiació de calor, mentre que els xapats se centren a conduir-la i resistir la corrosió.
En resum: els lavabos anoditzats negres són campions per irradiar calor-de vegades fins a 8-10 vegades millor que el metall nu. El revestiment, d'altra banda, manté la superfície tan conductora com el metall en brut. La majoria dels dissenyadors veuen l'anodització com la millor opció per a la refrigeració passiva. Però si us preocupa l'òxid o el desgast-a llarg termini, el revestiment pren la iniciativa. En sistemes amb ventiladors o refrigeració mixta, les diferències es redueixen. De fet, amb les piques refrigerades per ventilador-, una pintura negra gruixuda pot baixar la temperatura només uns quants graus en comparació amb l'alumini nu. Revestiment de níquel? Amb prou feines notareu un canvi de temperatura.
Resistència a la corrosió i durabilitat
Protegir les superfícies del dissipador de calor de la corrosió és realment important. Prengui l'anodització, per exemple,-construeix una capa resistent de ceràmica-a l'alumini. Aquesta capa protegeix l'aire i els productes químics, de manera que els embornals anoditzats resisteixen molt millor les condicions humides o salades que el metall nu. El xapat també funciona. Només una capa fina de níquel o estany al coure pot aturar l'oxidació en les seves pistes i ajudar el dissipador de calor a seguir fent la seva feina durant anys. Imagineu-vos una pica de coure-níquel asseguda en un lloc humit; encara es veurà i funcionarà com nou molt després que un sense recobrir comenci a baixar.
La pintura i els recobriments en pols ajuden a cobrir el metall, però només són tan bons com la seva superfície. Si es ratllen o es trenquen, la corrosió s'infiltra. Els recobriments químics prims com els cromats o els fosfats afegeixen una altra capa de defensa, sovint abans de la pintura en pols per reforçar la protecció. Pel que fa al bon funcionament d'aquests acabats-l'alumini anoditzat gairebé sempre obté les millors notes per a la resistència a la corrosió, i el niquelat també té una puntuació alta. L'alumini nu comença a formar òxid ràpidament i el coure s'entalla en poc temps.
És per això que trobareu anodització o revestiment a la majoria de dissipadors de calor utilitzats a l'exterior o en entorns industrials difícils. Tots dos mètodes fan un gran treball per bloquejar l'oxigen i la humitat, de manera que el dissipador de calor duri més. La millor opció només depèn del metall amb què treballeu i on s'utilitzarà la pica.
Consideracions de costos
El cost sempre importa. La majoria de les vegades, l'anodització és la manera més barata d'aconseguir els dissipadors de calor d'alumini, sobretot si esteu fent un lot gran. És un procés sòlid i fiable per a qualsevol cosa extruïda o mecanitzada d'alumini. D'altra banda, el xapat pot estar a tot el mapa-preu. L'estany i el níquel estàndard no estan gens malament, però un cop comenceu a parlar de plata o xapat d'or, la factura salta ràpidament. I quan entres en recobriments especialitzats-pintures ceràmiques, polímers gruixuts-no només pagues pels materials. També pagueu treballs addicionals com curar i emmascarar, que consumeixen temps i diners.
Els costos canvien depenent del gruix del recobriment i de la quantitat de preparació que necessita la peça. L'anoditzat dur, que us ofereix una millor resistència al desgast, costa més que el tipus normal. El recobriment en pols sembla barat per part, però passareu més temps acabant les peces. Realment, l'anodització arriba al bon punt: és assequible i fa la feina. El revestiment o els recobriments elegants només tenen sentit si necessiteu alguna cosa especial-com un aspecte particular o una propietat que l'anodització no us pot oferir. Suposem que necessiteu un eix per conduir l'electricitat-que després l'heu de posar en placa i el preu es farà menys preocupant.
Conclusió: la majoria dels dissenyadors trien l'anodització per als dissipadors de calor d'alumini perquè funciona bé i no trenca el banc. Si necessiteu extres específics, com ara un acabat metàl·lic o un color determinat, potser val la pena pagar més per un revestiment o un recobriment especial. Només assegureu-vos que el rendiment o l'estil addicionals valgui la pena. Un simple dissipador de calor anoditzat sovint us ofereix més valor que un car xapat amb gairebé cap diferència en el rendiment tèrmic.
PowerWinxés un proveïdor líder de-dissipadors de calor d'alt rendiment i components de gestió tèrmica. Oferim una àmplia gamma de dissipadors de calor amb tractaments superficials avançats, des de lavabos d'alumini anoditzat-negre que augmenten el refredament radiatiu fins a dissenys de coure xapat de níquel-resistents a la corrosió-. En subministrar aigüeres amb les últimes opcions d'anodització, revestiment i recobriment, PowerWinx ajuda els dissenyadors d'electrònica a mantenir els seus dispositius frescos i fiables.
