Vários componentes eletrônicos e elétricos, como processadores ou baterias, geram calor. O gerenciamento térmico é particularmente importante para produtos eletrônicos de consumo, que incluem vários componentes poderosos e freqüentemente 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.
Gerenciamento térmico em eletrônicos de consumo
Dissipação de energia térmica para manter a funcionalidade dos dispositivos.
31/08/2020
Por que o gerenciamento térmico é tão importante em muitos dispositivos finais hoje?
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 aparelhos utilizam 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 sobreaquecem, o que por sua vez coloca em risco a estabilidade funcional e a segurança operacional.
Quais materiais são particularmente adequados para gerenciamento térmico?
Materiais com alta condutividade térmica são usados para gerenciamento térmico. Graças à boa condução térmica, o calor produzido nos componentes pode ser transferido para os componentes de resfriamento e dissipado. Metais como prata, ouro, alumínio e cobre são bons condutores térmicos. Por seu baixo preço, baixo peso e facilidade de processamento, 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 materiais de alumínio e um pouco de cobre é freqüentemente usada. Se os requisitos para dissipação de calor forem menores, materiais como termoplásticos podem ser usados.
Os conceitos de dissipação de calor e suas respectivas vantagens e desvantagens
Freqüentemente, não há espaço nos dispositivos eletrônicos modernos para conceitos de resfriamento ativo, como ventiladores. Os ventiladores causam ruído e requerem energia. Conceitos passivos para dissipação de calor são, portanto, geralmente usados. A dissipação de calor passiva 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 meio de radiação térmica. As informações a seguir fornecem uma breve visão geral de vários conceitos com suas respectivas vantagens e desvantagens.
O dissipador de calor de alumínio na placa eletrônica
Dissipador de calor
Dissipadores de calor são componentes com formatos especiais feitos de um bom condutor de calor, como o 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 uma pasta condutora de calor, e daí 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 precisam dissipar, maiores precisam ser. Além do mais, a dissipação de calor ocorre nas imediações do componente. E para dispositivos muito compactos com pouco espaço, isso é um problema.
Espalhador de calor
Um difusor 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 folha de metal tem a função de distribuir o calor produzido no componente por uma área tão grande quanto possível. Isso torna mais fácil transferi-lo para um dissipador de calor montado no dissipador de calor. Além do mais, o dissipador de calor protege a superfície sensível da caixa do componente de, por exemplo, um processador contra danos ao montar o dissipador de calor.
Tubos de calor
Os tubos de calor dissipam o calor em distâncias mais longas. Eles separam os processos de absorção de calor e de emissão de calor. Esses elementos são tubos selados de parede fina feitos de um material com alta condutividade térmica, que contém 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 por meio de 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 a uma distância maior. Nanotubos de calor 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.
Sistema de refrigeração com tubos de cobre.
Conclusion
O gerenciamento térmico em produtos eletrônicos de consumo continuará importante no futuro. Processadores, monitores, componentes 5G e baterias cada vez mais poderosos geram altas perdas de calor, que devem ser dissipadas de maneira inteligente. As tecnologias ativas de resfriamento, como ventiladores ou elementos Peltier, são virtualmente impossíveis de usar em dispositivos miniaturizados. Por causa disso, a dissipação de calor passiva através de dissipadores de calor, dissipadores de calor ou tubos de calor é a técnica preferida. No entanto, esses conceitos geralmente requerem materiais de interface térmica adicionais, como fitas de gerenciamento térmico, para garantir o gerenciamento de calor ideal em dispositivos eletrônicos.
