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

Les appareils électroniques modernes sont chauds. 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 de chaleur exactement et comment fonctionne-t-il ?

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

Alors qu'une partie de cette puissance est utilisée pour faire fonctionner l'appareil, le reste est dissipé (selon 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 dissiper cette énergie thermique dans l'environnement. À cette fin, des dissipateurs thermiques sont souvent utilisés.

Un dissipateur de chaleur 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 commune d'un dissipateur thermique est illustrée ci-dessous :

Les appareils électroniques sont conçus de telle manière qu'une interface minimale et des matériaux thermiquement conducteurs sont utilisés pour connecter une source de génération de chaleur et un dissipateur de chaleur 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 de faible résistance thermique aux dispositifs pour l'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 correct avec une pâte à haute conductivité thermique.

La chaleur 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 souffre d'une résistance à la chaleur de propagation lorsqu'une plus petite surface de la source de chaleur entre en contact physique avec une plus grande surface du dissipateur de chaleur. 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 à la 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 efficacement utilisée. Cependant, le calcul de la résistance à l'étalement 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 fournir une surface accrue pour la convection thermique de la chaleur. Les ailettes ne sont pas placées trop près les unes des autres car cela peut entraver 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 uniformément répartie à la base du dissipateur thermique utilise toute la surface fournie par les ailettes pour diffuser la chaleur dans l'air ambiant en utilisant soit la convection naturelle, soit la convection à air forcé.

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 de fluide est lent.

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

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

Parallèlement à la convection, le rayonnement thermique du dissipateur thermique est également très utile pour éliminer la chaleur du dissipateur thermique. Habituellement, les dissipateurs thermiques sont de couleur noire, ce qui augmente leur capacité de rayonnement thermique.

Un dissipateur thermique est un gadget essentiel pour le fonctionnement fiable d'un appareil électronique. Sans eux, nos smartphones avancés, nos ordinateurs puissants et même nos éclairages LED ne fonctionneront pas comme prévu en raison d'une surchauffe.

Ummara est un écrivain du personnel de MUO dont le travail se concentre principalement sur Linux. Elle est diplômée en ingénierie des télécommunications et écrit sur Linux depuis environ 3 ans.