Introduzione e passaggi completi per il tuo dissipatore di calore fai-da-te

Puoi completare questo progetto di dissipatore di calore fai-da-te in meno di un'ora. Richiede solo strumenti e forniture di base e i passaggi sono semplici. L'unica cosa che potrebbe essere complicata è determinare la quantità di metallo da utilizzare per ogni passaggio, ma questo è qualcosa che puoi imparare attraverso tentativi ed errori.

Pronto per iniziare? Cominciamo!

Introduzione al dissipatore di calore

Scopo del dissipatore di calore in un PCB

Lo scopo di un dissipatore di calore in un PCB è quello di abbassare la temperatura del circuito stampato. Il calore può essere assorbito direttamente dai componenti o distribuito su una superficie più ampia superficie, che a sua volta raffredderà l'intera tavola.

Questi sono critici componenti di qualsiasi dispositivo elettronico che richiede molta potenza. Un dissipatore di calore è un blocco o una piastra di metallo che assorbe il calore dai componenti elettronici all'interno del dispositivo e lo distribuisce sulla sua superficie. L'idea è che questa distribuzione aiuti a mantenere ogni parte fresca, in modo che possa funzionare a piena capacità per periodi di tempo più lunghi senza surriscaldarsi.

Alluminio è di gran lunga la scelta più comune per i dissipatori perché è leggero e altamente conduttivo. Può assorbire e distribuire il calore in modo rapido ed efficiente.

Applicazioni del dissipatore di calore

La maggior parte delle persone non sa cosa sia un dissipatore di calore o come funzioni. Ma va bene, abbiamo le risposte a tutte le tue domande proprio qui!

Densità dei componenti

Il numero di componenti per unità di area è un fattore chiave nella determinazione della densità termica. Maggiore è la densità, maggiore è la quantità di calore generata su una data superficie. Ciò significa che se si desidera raffreddare un dispositivo con un'elevata densità di componenti, sarà necessario utilizzare ventole più potenti o sistemi di raffreddamento più efficienti.

Componenti di potenza

Questi devono essere raffreddati del tutto in modo che funzionino correttamente. I dissipatori di calore dissipano il calore dai componenti di potenza per conduzione o convezione. Il dissipatore di calore deve essere progettato per gestire le alte temperature generate dal componente di potenza, ottimizzandone al contempo la conduttività termica e l'area superficiale.

Processori

Questa è una parte essenziale di qualsiasi computer. È responsabile del trattamento dei dati e dell'invio ad altre parti del tuo computer. Ciò può includere attività come l'esecuzione di applicazioni, l'invio di e-mail o la navigazione in Internet.

I dissipatori di calore vengono utilizzati per prevenire il surriscaldamento nei processori. Questo perché il processore si surriscalda quando lavora sodo, il che può danneggiarlo se non controllato. La CPU è collegata al dissipatore di calore, progettato per allontanare il calore da esso utilizzando una ventola o un sistema di raffreddamento ad acqua

Dove dovrebbero essere posizionati i dissipatori di calore?

Il primo passo per determinare il miglior posizionamento per il tuo dissipatore di calore è identificare l'area più calda del tuo dispositivo. Di solito, questo sarà il centro del processore. Dovresti usare una sorta di sonda termica per individuare quest'area. Assicurati di controllare che non sia danneggiato quando applichi il dissipatore di calore.

Una volta identificato dove il processore è più caldo, è il momento di scoprire dove posizionare il dissipatore di calore. Il posto migliore sarà in cima o direttamente adiacente a un IC o altro componente che genera calore. Se possibile, dovresti anche provare a posizionare il tuo dissipatore di calore vicino a qualsiasi tipo di diffusore di calore o ventola di raffreddamento in modo che possano lavorare insieme in modo efficiente.

Tipi di dissipatore di calore

Esistono diversi tipi di dissipatori di calore, ognuno con i suoi pro e contro. Questi dissipatori di calore sono classificati in base al flusso d'aria, al materiale, all'utilizzo dell'acqua e al processo di produzione.

Per flusso d'aria

Diversi tipi di dissipatori di calore hanno requisiti di flusso d'aria diversi. Ecco alcuni dei più comuni:

Dissipatore di calore passivo

Passivo

Questo è un dissipatore di calore che utilizza la convezione naturale per dissipare il calore. La convezione è il processo mediante il quale il calore fluisce dalle regioni calde a quelle più fredde in risposta alle differenze di temperatura. In un dissipatore a flusso d'aria passivo, non ci sono ventole o altri componenti attivi coinvolti nel raffreddamento del dispositivo. I dissipatori di calore a flusso d'aria passivo sono progettati per massimizzare la quantità di aria che può fluire attraverso e intorno ad essi.

Dissipatori attivi

Attivo

Questi dissipatori di calore sono progettati per manipolare il flusso d'aria per raffreddare il dispositivo. In genere hanno una ventola che sposta l'aria sul dissipatore di calore, che è ciò che aiuta a mantenere il dispositivo fresco.

I computer desktop e laptop possono essere trovati entrambi con dissipatori di calore a flusso d'aria attivi. Possono anche essere trovati in altri dispositivi elettronici, come server o schede grafiche. I dissipatori di calore a flusso d'aria attivo vengono spesso utilizzati in situazioni in cui il calore deve essere dissipato in modo rapido ed efficiente, ad esempio quando si esegue un programma che genera molto calore.

Per materiale

I dissipatori di calore realizzati con materiali diversi tendono a funzionare in modo diverso, quindi è importante sapere che tipo di materiale stai utilizzando prima di acquistarne uno. Ecco una panoramica dei materiali più popolari utilizzati nei dissipatori di calore:

Dissipatori in alluminio

Alluminio

Questo è un materiale popolare per i dissipatori di calore perché è leggero, resistente e relativamente economico. Inoltre, non è molto conduttivo elettricamente, il che può essere un vantaggio quando si lavora con componenti elettrici sensibili. Lo svantaggio è che i dissipatori di calore in alluminio hanno la tendenza a surriscaldarsi se non sono adeguatamente ventilati e raffreddati da ventole o altri sistemi di flusso d'aria.

Dissipatore di calore in rame

Rame

A causa della sua elevata conduttività termica e dell'eccellente dissipazione del calore, il rame è il materiale più popolare per i dissipatori di calore. I dissipatori di calore in rame sono generalmente realizzati estrudendo o fondendo la forma richiesta e quindi lavorandola alle dimensioni precise. Il processo è piuttosto complicato e comporta molto lavoro ad alta intensità di manodopera. Questo li rende costosi ma garantisce anche di ottenere il miglior prodotto di qualità.

Per uso dell'acqua

Ecco le tipologie di dissipatori in base all'utilizzo dell'acqua:

Metallo solido

Questo è un dissipatore di calore che utilizza un solido blocco di metallo. Questo può essere fuso in un unico pezzo o può essere composto da più pezzi saldati insieme. La superficie del metallo può essere trattato in diversi modi per aumentare la sua capacità di trasferire il calore.

Questo tipo di dissipatore è realizzato in metallo e può essere utilizzato in applicazioni industriali. Può essere utilizzato anche in ambienti commerciali come data center e sale server, dove è necessario dissipare grandi quantità di calore.

Liquido pompato

Questo utilizza una miscela di acqua e refrigerante per trasferire il calore lontano dal processore. L'acqua assorbe il calore e viene pompata in un radiatore dove viene raffreddata da una ventola o da un flusso d'aria. Ciò riduce la temperatura del dispositivo e gli consente di funzionare a una temperatura operativa inferiore.

Ciò consente di utilizzare una pompa più grande e più potente e quindi di spostare più calore al minuto. Questo è particolarmente importante se stai lavorando con alta potenza CPU o GPU.

Lo svantaggio è che le pompe sono rumorose e richiedono manutenzione, ma se stai cercando un dissipatore ad alte prestazioni, questa potrebbe essere la strada da percorrere.

Bifase

La gestione termica a due fasi utilizza un processo di trasferimento del calore a due fasi in cui la condensazione di un fluido di lavoro viene utilizzata per rimuovere il calore dalla sorgente. Nel dissipatore di calore a due fasi, viene utilizzato un materiale a cambiamento di fase per assorbire il calore dalla sorgente. Questo poi si è trasformato in un'altra fase con l'applicazione del calore, di solito cambiando la sua temperatura o pressione. Il conseguente cambiamento di fase provoca un cambiamento di volume, che provoca un movimento di massa che può essere utilizzato per rimuovere energia dal sistema.

Questo tipo di dissipatore di calore è più efficiente di altri tipi perché utilizza meno energia per allontanare la stessa quantità di calore dal dispositivo. Presenta anche un vantaggio rispetto ai sistemi raffreddati ad aria perché può essere utilizzato in qualsiasi ambiente, anche in luoghi in cui non c'è abbastanza aria per far passare un raffreddatore ad aria.

Per processo di produzione

Esistono diversi processi di fabbricazione utilizzati nella produzione di dissipatori di calore. Questi processi sono classificati in base al materiale utilizzato per realizzare il dissipatore di calore e includono:

Dissipatore di calore lavorato CNC

Lavorato a macchina

Questi tipi di dissipatori sono controllati da computer che consentono la creazione di parti con estrema precisione, rendendoli perfetti per la creazione di dissipatori di calore. Il processo inizia con un progetto per la parte che viene creata in un programma CAD su una postazione di lavoro del computer. Una volta che il progetto è stato finalizzato e approvato dal cliente, viene inviato alla macchina CNC dove verrà tagliato da metallo o altri materiali secondo le specifiche fornite dal cliente.

Forgiato e pressofuso

I dissipatori di calore forgiati sono realizzati con un processo che prevede il riscaldamento del metallo ad alta temperatura e la sua forma nella forma desiderata. Questo viene fatto con un martello o una pressa. Il risultato è un metallo solido e denso che può essere lavorato per soddisfare le vostre esigenze specifiche.

I dissipatori pressofusi sono realizzati versando metallo fuso in uno stampo che è stato creato modellando un modello in cera in sabbia o uretano liquido. Lo stampo viene quindi riempito con metallo fuso e lasciato raffreddare prima di essere rimosso dallo stampo.

Pinna con cerniera

Questi dissipatori di calore sono prodotti mediante un processo chiamato estrusione, in cui l'alluminio viene fuso e quindi forzato attraverso uno stampo per formare la forma del dissipatore di calore. L'estrusore utilizza quindi la gravità per tirare l'alluminio estruso lungo la sua lunghezza, dove si solidifica in una striscia continua. Questo processo crea un effetto di raffreddamento uniforme su tutte le pinne, oltre a una superficie liscia sulla base di ciascuna pinna.

Pinna Skived

Questi dissipatori di calore sono un tipo di dissipatore di calore prodotto utilizzando un processo di scarnitura. Le pinne vengono tagliate utilizzando una scarnitrice, che le rende sottili e leggere. Le alette scarnate sono spesso utilizzate in condizioni industriali, dove possono essere fissate alla fonte di calore mediante un morsetto o epossidica.

Pinna legata

Si tratta di un tipo di dissipatore di calore prodotto unendo sottili alette a un diffusore di calore. Il diffusore di calore è realizzato in rame o alluminio ed è stato estruso a forma di trave a I. Le alette stesse possono essere realizzate in alluminio, rame o rame nichelato.

Le alette incollate sono apprezzate dai produttori perché sono facili da assemblare e possono essere personalizzate per soddisfare le esigenze del cliente. Sono anche leggeri e hanno un'elevata conduttività termica, il che li rende ideali anche per piccoli dispositivi come smartphone o laptop.

estruso

Esistono diversi metodi utilizzati per produrre dissipatori di calore, ma senza dubbio il processo di produzione più comune è l'estrusione. Questo processo, come è stato notato, comporta l'assunzione di un blocco di alluminio o rame e forzandolo attraverso uno stampo sagomato. Il risultato è un tubo che è stato modellato nella forma di cui hai bisogno per il tuo dissipatore di calore.

Passi per realizzare il tuo dissipatore di calore fai-da-te

Realizzare un dissipatore di calore fai-da-te è un ottimo modo per risparmiare denaro ed è anche un ottimo modo per mettere alla prova le tue capacità creative.

Ecco i passaggi:

Passaggio 1: preparare i materiali e gli strumenti

Il primo passo per realizzare il tuo dissipatore di calore fai-da-te è raccogliere tutti i materiali e gli strumenti di cui hai bisogno. Avrai bisogno:

Materiale del dissipatore di calore
Tubi termorestringenti
Hammer
Cesoie di latta o strumento Nibbler
Carta vetrata

Passaggio 2: ritagliare il dissipatore di calore

Il secondo passo per realizzare il tuo dissipatore di calore fai-da-te è ritagliare il dissipatore di calore. Questa è la parte in cui dovrai essere creativo. Puoi usare una sega o uno strumento Nibbler per ritagliare la forma del tuo dissipatore di calore, ma è essenziale assicurarti di ritagliare abbastanza materiale in modo che il dissipatore di calore sia in grado di dissipare il calore dai chip. Vuoi che sia in grado di aspirare aria da tutti i lati.

Passaggio 3: aggiungere una tacca

Ti consigliamo di assicurarti che la tua tacca sia abbastanza grande per il dissipatore di calore e abbastanza piccola da non superare nessuno dei componenti del case. Dovrai anche assicurarti di tagliare lungo le linee della base del dissipatore di calore stesso in seguito in modo da non tagliare troppo in profondità nella scheda sottostante.

Passaggio 4: appiattire il dissipatore di calore

Il prossimo passo è appiattire il dissipatore di calore. Ciò lo renderà più efficiente e ti consentirà di collegarlo più facilmente al tuo processore. Per fare ciò, posiziona semplicemente il dissipatore di calore a faccia in giù su una superficie piana (come un tavolo o una scrivania) e poi usa un martello per colpirlo delicatamente in modo uniforme finché non lo appiattisci. Assicurati di non colpire troppo forte, altrimenti danneggerai la tua scheda madre!

Passaggio 5: assemblare i componenti

Ti consigliamo di posizionare il dissipatore di calore sopra il tuo dispositivo e fissarlo con le quattro viti fornite con il kit del dissipatore di calore. Quindi ti consigliamo di fissarlo al dissipatore di calore utilizzando una delle viti. Se hai ancora fili sciolti in giro, ora è il momento di collegarli alle rispettive porte sul PCB che stai realizzando.

Conclusione

Per risparmiare o per soddisfare la curiosità, la preparazione fai da te del dissipatore richiede un bel po' di lavoro, ma ne vale la pena. Dopodiché, sei pronto per partire. Assicurati solo di testare tutto in modo da ottenere una lettura accurata quando si tratta di capire la temperatura del tuo dispositivo e fondamentalmente non lasciare che il dissipatore di calore si danneggi.