Extrusion d'aluminium utilisée dans les dissipateurs thermiques ?
Je sais qu'il est difficile de trouver des informations claires sur l'utilisation des extrusions d'aluminium pour les dissipateurs thermiques. Vous avez besoin d'un guide qui explique pourquoi, comment et où ils sont utilisés.
Vous apprendrez pourquoi l'aluminium est idéal, comment les profilés améliorent le refroidissement et qui les utilise.
Laissez-moi vous guider depuis les concepts de base jusqu'à l'utilisation dans le monde réel.
Pourquoi les extrusions d'aluminium sont-elles idéales pour les applications de dissipation thermique ?
Je commence par le choix du matériau et le processus d'extrusion. L'aluminium offre un poids léger, une bonne conductivité thermique et une grande souplesse de conception.
Les extrusions d'aluminium combinent le coût, la performance thermique et la personnalisation de la forme des dissipateurs thermiques.
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L'aluminium est largement utilisé dans les dissipateurs de chaleur en raison de sa conductivité thermique élevée. Les alliages courants comme le 6063-T5 ou le 6061-T6 ont une conductivité de 150 à 205 ?W/m-K. Cela signifie que la chaleur se déplace rapidement de la base aux ailettes.
Le processus d'extrusion apporte des avantages en termes de conception. Nous pouvons créer des ailettes, des découpes de caloducs et des canaux en un seul passage. Cela permet de réduire les coûts d'usinage et d'améliorer les performances.
L'aluminium est également léger. Un dissipateur thermique en aluminium extrudé 6063 pèse moins lourd qu'un dissipateur en acier ou en cuivre. Cela facilite le montage des systèmes et réduit les frais d'expédition.
Les formes extrudées sont reproductibles. Vous obtenez des pièces identiques à chaque tirage. Ceci est crucial pour la performance thermique des lots.
Enfin, les extrusions d'aluminium sont recyclables. Les pièces en fin de vie peuvent être réutilisées avec un faible coût énergétique. Cela va dans le sens d'une conception écologique.
En voici un résumé :
| Fonctionnalité | Avantages pour les dissipateurs thermiques |
|---|---|
| Conductivité thermique | Transfert de chaleur rapide de la source aux ailettes |
| Conception de l'extrusion | Structures d'ailettes complexes en une seule opération |
| Léger | Manipulation plus aisée, coûts de transport réduits |
| Répétabilité dimensionnelle | Des performances homogènes sur l'ensemble des volumes |
| Recyclabilité | Soutien à la conception durable |
L'extrusion d'aluminium rend les dissipateurs thermiques abordables, efficaces et écologiques.
Les extrusions d'aluminium sont plus lourdes que les dissipateurs de chaleur en cuivre.Faux
L'aluminium est plus léger que le cuivre, ce qui le rend idéal pour les conceptions sensibles au poids.
L'extrusion permet d'obtenir des formes d'ailettes complexes en un seul passage.Vrai
Le processus d'extrusion peut former plusieurs ailettes, canaux et profils en une seule fois.
Quels profils d'extrusion maximisent les performances des dissipateurs thermiques ?
Je choisis des profils qui augmentent la surface et le flux d'air. Les formes les plus courantes sont les ailettes droites, les ailettes évasées, les ailettes en épingle et les rapports d'aspect élevés.
Les profils dotés d'ailettes étroites et hautes et de canaux ouverts maximisent la dissipation de la chaleur.
Plonger plus profondément
L'objectif d'un profil de dissipateur thermique est d'obtenir une plus grande surface et un bon flux d'air. Cela signifie beaucoup d'ailettes, des parois fines, des structures hautes et de l'espace entre les ailettes.
Les extrusions à ailettes droites sont basiques. Elles comportent de nombreuses ailettes parallèles et des canaux ouverts. Elles sont faciles à extruder et à monter.
Les profilés à picots utilisent des colonnes au lieu de feuilles. Les ailettes permettent une circulation de l'air dans toutes les directions. Ils sont parfaits pour le refroidissement turbulent ou les installations à air pulsé.
Les profils à rapport d'aspect élevé sont dotés d'ailettes hautes et fines. Ils offrent une plus grande surface pour une largeur de base plus faible. La limite est l'affaissement ou la rupture des ailettes au cours de la fabrication. Les parois typiques ont une épaisseur de 0,8 à 1,5 mm et les ailettes mesurent jusqu'à 30 mm de haut.
Les profils d'ailettes évasées ont un sommet d'ailette plus large ou un côté incliné. Cela ajoute de la surface et guide l'air pour une meilleure efficacité de refroidissement.
Les profilés hybrides combinent une base plate, des ailettes à picots, des ailettes droites et des découpes pour les caloducs dans un seul profilé. Cela permet d'obtenir un refroidissement compact et performant.
Voici un tableau des profils les plus courants :
| Type de profil | Effet thermique | Notes |
|---|---|---|
| Ailerons droits | Bonne conduction + flux d'air parallèle | Simple et rentable |
| Ailerons à broches | Flux d'air multidirectionnel | Meilleur pour la convection à air pulsé |
| Ailerons évasés | Augmentation de la surface et de l'orientation des flux d'air | Légèrement complexe à extruder |
| Ailettes d'aspect élevé | Surface maximale par largeur | Risque d'endommagement des nageoires lors de la manipulation |
| Profils hybrides | Tuyaux et ailettes intégrés | Meilleure performance mais nécessite un outillage spécial |
La conception des profils fait également appel à la simulation CFD. Je teste la vitesse de l'air, les turbulences et la distribution de la température. J'ajuste ensuite l'espacement et l'épaisseur des ailettes pour équilibrer le flux d'air et la surface.
Les profils extrudés permettent également d'ajouter des pieds de montage, des bossages pour les vis ou des espaces pour les caloducs. Cela simplifie l'assemblage et améliore le contact thermique.
Ces profils optimisés permettent d'améliorer les performances de l'éclairage LED, de la conversion d'énergie et des systèmes informatiques.
Les extrusions à ailettes ne refroidissent que l'air circulant horizontalement.Faux
Les ailettes permettent une circulation de l'air à la fois verticale et horizontale, améliorant ainsi les performances de refroidissement.
Les ailettes à rapport d'aspect élevé permettent d'augmenter considérablement la surface.Vrai
Les ailettes hautes et fines augmentent la surface de dissipation de la chaleur sans augmenter la taille de la base.
Comment la conductivité thermique est-elle optimisée dans les dissipateurs thermiques en aluminium ?
Je me concentre sur la gestion des alliages, de la structure des grains, des surfaces et des interfaces. Chaque facteur favorise le transfert de chaleur.
L'optimisation implique le choix du bon alliage, le contrôle de la microstructure, la finition des surfaces et un contact étroit avec les sources de chaleur.
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Tout d'abord, le choix de l'alliage est important. L'alliage 6063?T5 est couramment utilisé pour l'extrusion. Il présente une bonne conductivité, une bonne formabilité et un bon coût. L'alliage 6061?T6 présente une résistance légèrement supérieure mais une conductivité inférieure. Pour les besoins thermiques les plus importants, on utilise l'aluminium pur 1070 ou 1350, qui atteint ~230?W/m-K mais est plus mou et plus difficile à extruder.
Ensuite, la structure du grain affecte le flux thermique. Nous utilisons des températures d'extrusion et des vitesses de refroidissement appropriées. Le recuit peut affiner la structure du grain et améliorer légèrement la conductivité. Nous gérons le refroidissement après l'extrusion pour éviter les contraintes internes qui bloquent la chaleur.
La finition de la surface est également importante. L'anodisation forme de l'oxyde qui a une faible conductivité. Si un contact thermique est nécessaire, nous laissons les ailettes internes nues ou utilisons des couches d'oxyde fines et contrôlées. Nous utilisons également l'anodisation noire pour le refroidissement radiatif, car le noir émet bien la chaleur.
Nous assurons également un contact étroit entre la base du dissipateur et les composants de contact. Nous ajoutons un contrôle de la planéité (planéité de la base de 0,05 mm). Nous utilisons des tampons à changement de phase ou un composé thermique entre le MOSFET ou l'unité centrale et le dissipateur thermique. Cela permet de combler les lacunes et d'améliorer la conduction.
Pour les prototypes, je teste la résistance thermique Rth, mesurée en K/W. Une Rth plus faible signifie un meilleur refroidissement. Je monte un radiateur sur la base et mesure l'augmentation de la température à charge constante et à température ambiante. J'ajuste la conception jusqu'à ce que Rth soit conforme aux spécifications.
En voici la répartition :
| Facteur | Rôle dans le transfert de chaleur |
|---|---|
| Choix de l'alliage | Définit la conductivité de la base |
| Contrôle des grains | Assure l'homogénéité des flux de chaleur |
| Planéité de la base | Améliore le contact de surface avec le PCB ou les puces |
| Matériaux d'interface | Remplir les micro-trous et améliorer la conduction |
| Finition de la surface | Affecte l'émissivité et la convection |
| Propriété | Plage idéale/spécification |
|---|---|
| Planéité | ≤ 0,05?mm sur la base |
| Espace du composé thermique | ≤ 0,1?mm entre les surfaces |
| Épaisseur de l'ailette | 0,8-1,5?mm (structures à nageoires hautes) |
| Résistance thermique | <2 K/W pour les petits dissipateurs thermiques |
En optimisant chaque pièce, j'adapte les performances du dissipateur à la charge thermique. Ce processus réduit les points chauds et augmente la fiabilité du système.
L'anodisation améliore toujours la conduction de la chaleur.Faux
L'anodisation forme une couche d'oxyde qui réduit légèrement la conduction.
La structure des grains de l'aluminium affecte les trajectoires thermiques.Vrai
La microstructure contrôlée permet de maintenir une conduction thermique constante à travers le métal.
Quelles sont les industries qui utilisent le plus souvent des dissipateurs thermiques en aluminium extrudé ?
Je vois des dissipateurs thermiques dans l'électronique, l'éclairage, l'énergie, l'automobile et les télécommunications. Chacun a des besoins uniques, mais tous utilisent l'extrusion.
Les principales industries sont l'éclairage LED, l'électronique de puissance, l'informatique, l'automobile et les télécommunications.
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Dans le domaine de l'éclairage LED, les dissipateurs extrudés sont omniprésents. Les LED de grande puissance ont besoin d'un refroidissement efficace pour conserver leur luminosité et leur durée de vie. Nous utilisons souvent des extrusions à ailettes droites ou évasées pour les intégrer aux boîtiers des réflecteurs.
L'électronique de puissance, comme les onduleurs et les convertisseurs, repose sur des dissipateurs extrudés pour les MOSFET et les IGBT. Ceux-ci ont besoin d'ailettes ou de structures à picots pour l'air forcé ou la convection naturelle. Nous intégrons des fentes de montage et des trous de drainage pour faciliter le montage sur carte et la circulation de l'air.
En informatique, les processeurs de bureau, les GPU et les modules de serveur utilisent des dissipateurs extrudés avec des caloducs. Le profil du dissipateur thermique comprend des découpes et des caractéristiques de base pour accueillir les caloducs et les ventilateurs. L'extrusion permet d'usiner plusieurs pièces en un seul bloc.
Les systèmes automobiles utilisent des dissipateurs thermiques extrudés dans les phares LED, les modules de puissance, les systèmes de batterie et les onduleurs. Ils doivent supporter les vibrations et les chocs thermiques. Nous utilisons du 6063 avec anodisation dure pour la durabilité.
Les équipements de télécommunications, tels que les radios 5G et les stations de base, utilisent des dissipateurs thermiques extrudés pour les modules d'alimentation RF. Ceux-ci utilisent souvent l'extrusion à ailettes pour un flux d'air multidirectionnel dans les armoires extérieures.
Parmi les autres utilisations, citons les entraînements industriels, les équipements laser, les appareils médicaux et les stations de recharge pour véhicules électriques. Pour chaque application, le dissipateur thermique reste un élément clé de la conception thermique.
Voici les principales industries :
| L'industrie | Application typique | Profils communs |
|---|---|---|
| Eclairage LED | Lampes de rue, modules de panneaux | Ailettes droites, ailettes évasées |
| Électronique de puissance | Onduleurs, convertisseurs, alimentations | Ailerons, profils hybrides |
| Informatique et serveurs | Dissipateurs de chaleur pour CPU/GPU, baies de serveurs | Extrusion + fentes pour caloducs |
| Électronique automobile | Refroidissement de la batterie, phares LED | Ailettes extrudées robustes |
| Télécommunications et RF | Dissipateurs de chaleur pour stations de base extérieures et amplificateurs | Conceptions à ailettes et hybrides |
Les dissipateurs extrudés sont efficaces à produire et s'adaptent à ces domaines. Les choix de conception dépendent de la disponibilité du flux d'air, de la charge thermique et des méthodes d'assemblage.
Les dissipateurs de chaleur des équipements de télécommunications n'utilisent pas l'extrusion.Faux
Les équipements de télécommunication utilisent généralement des dissipateurs extrudés, en particulier des profils à ailettes.
Les dissipateurs thermiques automobiles doivent être anodisés dur pour être durables.Vrai
L'anodisation dure protège contre l'usure, la corrosion et les vibrations dans l'industrie automobile.
Conclusion
Nous avons expliqué pourquoi l'aluminium est idéal, comment les profils améliorent le refroidissement, comment nous optimisons la conductivité et qui utilise les dissipateurs extrudés. Cela vous donne une vue complète de l'extrusion dans la conception thermique.
Si vous avez besoin d'aide pour la conception d'un dissipateur, la sélection d'un profil ou la production, je peux vous aider à chaque étape.
