Gestão Térmica em Eletrônicos de Consumo

Vários componentes eletrônicos e elétricos, como processadores ou baterias, geram calor. O gerenciamento térmico é particularmente importante para eletrônicos de consumo, que incluem vários componentes poderosos e frequentemente altamente miniaturizados. Ele garante que os dispositivos funcionem de forma confiável, apesar da geração de calor, e não sejam danificados. Vários materiais e conceitos com vantagens e desvantagens específicas são usados ​​para dissipar a perda de calor.​

Eletrônicos de consumo modernos, como smartphones, tablets, smartwatches e produtos domésticos inteligentes estão se tornando cada vez mais poderosos com um nível crescente de miniaturização dos componentes instalados. Os dispositivos usam processadores com milhões de circuitos semicondutores, displays com alta resolução e brilho, baterias com alta densidade de energia, LEDs de alto desempenho e muito mais. Esses componentes produzem perdas térmicas, que devem ser dissipadas. Sem gerenciamento térmico, os componentes e dispositivos superaquecem, o que por sua vez coloca em risco a estabilidade funcional e a segurança operacional.

Materiais com alta condutividade térmica são usados ​​para gerenciamento térmico. Graças à boa condução térmica, o calor produzido nos componentes pode ser transferido para componentes de resfriamento e dissipado. Metais como prata, ouro, alumínio e cobre são bons condutores térmicos. Devido ao seu menor preço, baixo peso e ao fato de ser fácil de processar, o alumínio é um dos materiais preferidos. Como o cobre é mais caro do que o alumínio, mas tem melhores propriedades de gerenciamento térmico, uma mistura de material de alumínio e um pouco de cobre é frequentemente usada. Se os requisitos para dissipação de calor forem menores, materiais como termoplásticos podem ser usados.

Muitas vezes não há espaço em dispositivos eletrônicos modernos para conceitos de resfriamento ativo, como ventiladores. Ventiladores causam ruído e requerem energia. Conceitos passivos para dissipação de calor são, portanto, geralmente usados. A dissipação passiva de calor usa os princípios físicos de condução (transferência de calor para outro material sólido), convecção (transferência de calor para o ar ambiente ou líquidos) e transferência de calor por radiação térmica. As informações a seguir fornecem uma breve visão geral de vários conceitos com suas respectivas vantagens e desvantagens.

Dissipador de calor

Dissipadores de calor são componentes especialmente moldados feitos de um bom condutor de calor, como alumínio, com uma grande área de superfície. O calor é transferido do componente gerador para o dissipador de calor por meio de um meio intermediário, como pasta condutora de calor, e de lá para o ar ambiente por meio de sua superfície. A transferência de calor também ocorre por meio de radiação térmica. Para otimizar a radiação térmica, os dissipadores de calor geralmente são pintados de preto. Muitos chips semicondutores de alto desempenho são equipados com dissipadores de calor.

A vantagem dos dissipadores de calor é que eles são baratos e fáceis de usar. No entanto, quanto mais calor eles têm que dissipar, maiores eles precisam ser. Além disso, a dissipação de calor ocorre nas imediações do componente. E para dispositivos muito compactos com pouco espaço, isso é um problema.

Dissipador de energia

Um dissipador de calor é uma folha fina de um bom condutor de calor, como cobre ou alumínio, que é colocada diretamente em chips semicondutores. Geralmente é colado ou soldado aos chips. A chapa metálica tem a tarefa de distribuir o calor produzido no componente sobre a maior área possível. Isso facilita a transferência para um dissipador de calor montado no dissipador de calor. Além disso, o dissipador de calor protege a superfície sensível do invólucro do componente, por exemplo, de um processador, contra danos ao montar o dissipador de calor.

Tubos de calor

Os tubos de calor dissipam o calor em distâncias maiores. Eles separam os processos de absorção e emissão de calor. Esses elementos são tubos selados de paredes finas feitos de um material com alta condutividade térmica, que contêm uma pequena quantidade de um líquido vaporizável, como água ou amônia. Ao transferir calor de um componente gerador de calor, o líquido no tubo de calor evapora. O vapor flui para a extremidade mais fria do tubo de calor e o calor é dissipado lá por meio da condensação usando outro componente de resfriamento, como um dissipador de calor. O líquido então flui de volta e o processo começa novamente. Comparado a um dissipador de calor montado diretamente no componente gerador de calor, o transporte de calor é muito mais rápido e possível em uma distância maior. Tubos de calor nano especiais com diâmetros extremamente pequenos estão disponíveis para eletrônicos de consumo altamente miniaturizados. Eles podem até ser usados ​​em placas de circuito impresso para dissipação de calor.

O gerenciamento térmico em eletrônicos de consumo continuará sendo importante no futuro. Processadores, displays, componentes 5G e baterias cada vez mais potentes geram altas perdas de calor, que precisam ser dissipadas de forma inteligente. Tecnologias de resfriamento ativo, como ventiladores ou elementos Peltier, são virtualmente impossíveis de usar em dispositivos miniaturizados. Por isso, a dissipação passiva de calor por meio de dissipadores de calor, dissipadores de calor ou tubos de calor é a técnica preferida. No entanto, esses conceitos geralmente exigem materiais de interface térmica adicionais, como fitas de gerenciamento térmico, para garantir o gerenciamento de calor ideal em dispositivos eletrônicos.