Qu'est-ce qu'un dissipateur thermique et comment fonctionne-t-il ?

Jul 16, 2023

Les appareils électroniques modernes sont à la mode. Voici comment les dissipateurs de chaleur les gardent au frais pour que nous puissions les utiliser.

La surchauffe est problématique pour vos appareils ; c'est pourquoi l'évacuation de la chaleur est essentielle pour contrôler la température des appareils électroniques ou des sources de chaleur similaires.

Les dissipateurs de chaleur sont utilisés dans les appareils électroniques pour évacuer l'énergie thermique dans l'environnement et pour refroidir vos appareils. Mais qu’est-ce qu’un dissipateur thermique exactement et comment fonctionne-t-il ?

À l’ère moderne, nous sommes entourés de systèmes et de gadgets électroniques. D'une puce de microprocesseur à une station émettrice-réceptrice de base (BTS) pour les systèmes de communication mobiles, les produits électroniques ont besoin d'énergie électrique pour fonctionner.

Bien qu’une partie de cette énergie soit utilisée pour faire fonctionner l’appareil, le reste est dissipé (en fonction de l’efficacité de l’appareil), principalement sous forme de chaleur.

Cependant, en raison de la miniaturisation des appareils, les appareils électroniques ne peuvent pas accumuler de chaleur et doivent rejeter cette énergie thermique dans l’environnement. À cette fin, des dissipateurs thermiques sont souvent utilisés.

Un dissipateur thermique est une pièce appliquée sur un appareil électronique chaud pour absorber sa chaleur par conduction puis rejeter cette énergie dans l'environnement ambiant par convection et rayonnement. Une structure courante d’un dissipateur thermique est la suivante :

Les appareils électroniques sont conçus de telle manière qu'une interface minimale et des matériaux thermiquement conducteurs sont utilisés pour connecter une source génératrice de chaleur et un dissipateur thermique afin que la chaleur ne puisse pas s'accumuler à l'intérieur de l'appareil. Les dissipateurs thermiques sont conçus de manière à fournir un chemin à faible résistance thermique aux dispositifs d'évacuation de la chaleur.

Les dissipateurs thermiques sont constitués de matériaux thermiquement conducteurs, le plus souvent de l'aluminium (conductivité thermique : 237 W/m·K). L'aluminium est un métal peu coûteux par rapport à d'autres matériaux thermiquement conducteurs comme l'argent et l'or.

La chaleur d'un boîtier électronique relativement petit est absorbée par une plaque métallique plate par conduction. La conduction est souvent facilitée par l'application d'une pâte thermique entre le boîtier extérieur de l'appareil électronique et le dissipateur thermique. Cela garantit un contact physique approprié avec une pâte hautement conductrice thermiquement.

La chaleur provenant d’un boîtier électronique relativement plus petit est censée se propager sur la plus grande surface du dissipateur thermique par conduction.

Cependant, l’énergie thermique subit une résistance thermique qui se propage lorsqu’une plus petite surface de la source de chaleur entre en contact physique avec une plus grande surface du dissipateur thermique. C'est pourquoi il est important de contrôler la résistance à la propagation en choisissant l'épaisseur de contact appropriée de la plaque de base du dissipateur thermique.

Un dissipateur thermique avec une résistance de propagation minimale garantit que la chaleur est répartie presque uniformément sur la plaque de base et les ailettes. Ainsi, la surface du dissipateur thermique est utilisée efficacement. Cependant, le calcul de la résistance à la propagation sort du cadre de cet article.

De l'autre côté de la plaque de base du dissipateur thermique, de nombreuses ailettes métalliques sont utilisées pour augmenter la surface de convection thermique de la chaleur. Les ailettes ne sont pas placées trop près les unes des autres car cela peut gêner la capacité du fluide, c'est-à-dire l'air, dans la plupart des cas, à circuler librement entre les ailettes pour dissiper la chaleur.

La chaleur répartie uniformément à la base du dissipateur thermique utilise toute la surface fournie par les ailettes pour projeter la chaleur dans l'air ambiant en utilisant soit la convection naturelle, soit la convection d'air forcée.

La convection naturelle est un processus dans lequel l'air ambiant évacue l'énergie thermique des ailettes du dissipateur thermique en utilisant le flux naturel de fluide, c'est-à-dire sans appliquer de pression via une source externe. Dans ce processus, le flux ou la vitesse des molécules fluides est lent.

Dans la méthode de convection forcée pour l'échange thermique, un ventilateur ou un ventilateur est utilisé pour augmenter la vitesse d'écoulement du fluide à travers la surface des ailettes du dissipateur thermique. Un ventilateur DC ou PWM peut être utilisé.

L'augmentation du débit d'air entraîne une plus grande évacuation de la chaleur du dissipateur thermique. Habituellement, la convection forcée est utilisée dans les cas où une grande quantité de puissance thermique doit être évacuée ou où un dissipateur thermique plus petit est requis dans une conception.