Introdução
Dissipadores de calor-geralmente feitos de alumínio ou cobre-removem o calor dos componentes eletrônicos e o empurram para o ar ao seu redor. Você os encontrará em todos os lugares: dentro de computadores, iluminação, dispositivos de energia, etc. Para ajudá-los a durar mais e a funcionar melhor, as empresas costumam tratar suas superfícies. Coisas como anodização, revestimento de metal ou revestimentos especiais não apenas protegem as aletas da ferrugem; também os ajuda a dissipar o calor com mais eficiência. Cada tratamento vem com seu próprio conjunto de prós e contras. Alguns aumentam o desempenho térmico, alguns combatem a corrosão e alguns apenas mantêm os custos baixos. Vamos dar uma olhada mais de perto na anodização, galvanização e revestimentos em dissipadores de calor e ver como cada um deles se compara quando se trata de eficiência, proteção e preço.
Dissipadores de calor anodizados: emissividade e durabilidade
A anodização é um-processo essencial para tornar os dissipadores de calor de alumínio mais resistentes e-duradouros. Veja como funciona: você passa uma corrente elétrica através do metal, o que engrossa sua camada de óxido natural em uma casca dura e porosa. Este shell faz muito. Ele mantém o dissipador de calor protegido contra corrosão e desgaste,-portanto, resiste a coisas como umidade ou ar salgado muito melhor do que o alumínio comum. Você também obtém um ótimo isolamento elétrico, portanto, há menos risco de curtos-circuitos quando seus componentes estão bem embalados.
Mas a verdadeira magia, pelo menos para o resfriamento, acontece com a emissividade da superfície. O alumínio puro mal irradia calor. Sua emissividade fica em torno de 0,04 a 0,06, o que significa que ele apenas devolve o calor em vez de deixá-lo escapar. Depois de anodizá-lo, porém, esse número salta para 0,8 ou até 0,9. Isso é um grande salto-de repente, um dissipador de calor anodizado preto pode irradiar calor de 15 a 20 vezes mais eficientemente do que um dissipador simples. Isso é enorme se você estiver lidando com resfriamento passivo ou situações em que o fluxo de ar é limitado. Especialistas dizem que os dissipadores de calor anodizados pretos podem aumentar o resfriamento radiativo de 8 a 10 vezes em comparação com o alumínio puro, e isso significa peças mais frias, especialmente em configurações pequenas ou apertadas.
Agora, a camada anodizada em si é fina-geralmente apenas 5 a 25 mícrons para o material padrão-portanto, não diminui realmente o fluxo de calor através do metal. Você obtém um pouco mais de resistência térmica, talvez 5–10% a mais, mas o aumento na emissividade mais do que compensa isso. Se você exagerar e usar uma "anodização dura" super-espessa (25–100 mícrons), então sim, você começará a ver a pia esquentar mais porque a camada bloqueia o calor um pouco mais. Mas, em condições normais, a compensação-é pequena e geralmente vale a pena.
Há mais coisas para gostar na anodização. O processo é testado-e-comprovado, funciona em escala e geralmente é mais barato do que revestimentos especiais sofisticados. Além disso, a superfície porosa aceita bem a tintura, então você pode obter dissipadores de calor em todos os tipos de cores sem prejudicar seu poder de resfriamento. Pesquisas mostram que a cor realmente não importa para a radiação térmica-um acabamento anodizado transparente esfria tão bem quanto o preto.
Resumindo: os dissipadores de calor anodizados são os favoritos por um motivo. Eles resistem à corrosão, irradiam calor como campeões e ficam bem fazendo isso. A única desvantagem real é uma ligeira queda na condução térmica se a camada de óxido ficar muito espessa, mas com a anodização padrão, isso não é grande coisa. Você obtém um equilíbrio inteligente entre proteção e desempenho.
Dissipadores de calor revestidos: condutividade e proteção
Revestir um dissipador de calor significa adicionar uma fina camada de metal-níquel, estanho, prata ou, às vezes, ouro-diretamente na superfície. As pessoas costumam fazer isso com pias de cobre ou aço e, às vezes, com alumínio, embora seja necessário um subpêlo especial. O grande motivo do chapeamento? Proteção contra corrosão. Por exemplo, colocar níquel ou estanho sobre o cobre evita a oxidação e a corrosão, o que ajuda o dissipador de calor a continuar funcionando bem em ambientes úmidos ou difíceis. Basicamente, o revestimento metálico atua como um escudo, mantendo o ar e a umidade do lado de fora e fazendo com que a peça dure mais.
As camadas revestidas, ao contrário das anodizadas, ainda conduzem calor e eletricidade. A niquelagem eletrolítica se destaca por ser resistente à corrosão e ainda conduzir calor. Uma camada de níquel tem uma condutividade térmica de cerca de 90 W/m·K-menos que a do cobre (cerca de 400 W/m·K) ou do alumínio (cerca de 200 W/m·K)-mas ainda funciona. Um especialista do setor chegou a dizer que “o níquel sem eletricidade é o melhor revestimento se você deseja a máxima transferência de calor” e que o revestimento de níquel permanece condutivo, tanto térmica quanto eletricamente. O revestimento prateado vai ainda mais alto (cerca de 429 W/m·K) e aparece em equipamentos de desempenho extremamente-alto, embora fique manchado com o tempo. O revestimento de ouro (318 W/m·K) geralmente aparece em aplicações aeroespaciais ou de RF onde a estabilidade é mais importante.
A maior parte do revestimento tem apenas alguns mícrons de espessura, por isso quase não adiciona resistência térmica. Para o níquel, a resistência extra é de cerca de 0,2 K·cm²/W-tão pequena que não importa para a maioria dos projetos. Ao contrário da tinta, o revestimento metálico dificilmente isola, uma vez que o próprio metal transporta bem o calor. Ainda assim, o revestimento não é barato. O custo depende do metal: o estanho e o níquel não são ruins, mas a prata e o ouro podem ficar caros rapidamente. Além disso, revestir o alumínio não é simples-você precisa de etapas extras de limpeza ou de uma camada de base especial, o que aumenta o incômodo.
Resumindo: os dissipadores de calor revestidos oferecem sólida resistência à corrosão sem atrapalhar a condução de calor. Isso é especialmente comum em dissipadores de cobre (já que o cobre adora corroer) e em qualquer lugar onde você deseja um acabamento limpo e brilhante, como conectores. As compensações-? Custo mais alto e, às vezes, problemas de corrosão galvânica,-como se o níquel fino no alumínio fosse arranhado. Mas para trabalhos de alta-confiabilidade, geralmente vale a pena. Uma boa placa de níquel ou estanho mantém o dissipador de calor funcionando por muito tempo.
Dissipadores de calor com diferentes tipos de acabamento superficial
Revestimentos para Dissipadores de Calor: Acabamentos Estéticos e Isolantes
Os revestimentos do dissipador de calor geralmente significam tintas, revestimentos em pó ou filmes de polímero que são aplicados após a fabricação do dissipador de calor. Essas camadas são muito mais espessas do que a anodização-pense em 30 a 100 mícrons-e, honestamente, elas existem para proteger a peça ou torná-la bonita, não para ajudá-la a esfriar melhor. Na verdade, o revestimento se transforma em um verdadeiro obstáculo térmico. Um projetista de dissipadores de calor disse sem rodeios: “Não pinte dissipadores de calor”. A tinta deixa uma película fina e isolante que retarda a transferência de calor. Mesmo um casaco preto fosco, que algumas pessoas acham que pode ajudar, na verdade diminui um pouco o desempenho. Sua baixa condutividade térmica e espessura apenas atrapalham.
Agora, há uma reviravolta. Os revestimentos aumentam a emissividade da superfície. Um bom acabamento preto pode ter uma emissividade entre 0,4 e 0,8, muito melhor que o metal brilhante. Então, sim, um dissipador de calor pintado irradia calor com mais eficiência. Mas aqui está o problema: esse aumento raramente compensa o fato de que o revestimento bloqueia o fluxo de calor do próprio metal. Dados do ProtoLabs mostram que os revestimentos em pó podem reduzir o desempenho térmico em 20 a 50% em dissipadores de calor de alta-potência. Assim, pias pintadas acabam esquentando mais, principalmente quando as coisas ficam intensas. Alguns fabricantes oferecem tintas “dissipadoras de calor”, mas, como apontou um engenheiro, o metal puro na verdade supera as peças revestidas quando a diferença de temperatura não é grande.
Há outro tipo de revestimento-revestimentos de conversão, como cromato ou fosfato. Esta é uma história diferente. Eles são superfinos, apenas frações de mícron, e aderem diretamente ao metal. Eles mal tocam na transferência de calor, mas ajudam a pintar a aderir e adicionam um pouco de proteção contra corrosão.
Resumindo: as pessoas usam revestimentos de polímero em dissipadores de calor para aparência ou isolamento elétrico, não para melhor resfriamento. Eles fazem a peça parecer nítida e ajudam a evitar arranhões ou curtos-circuitos, mas sempre há um pequeno impacto no desempenho térmico. Em luminárias de LED de baixa{2}}potência ou dispositivos de consumo onde a aparência é importante, uma camada de pó preto ou branco geralmente é adequada. Mas quando se trata de materiais de alto-desempenho, os engenheiros evitam tinta espessa em dissipadores de calor críticos.
Comparação de desempenho e eficiência
Então, como esses tratamentos realmente se comparam quando se trata de se livrar do calor? Na verdade, tudo se resume à maneira como você está esfriando as coisas. Se você depende de resfriamento passivo-sem ventiladores, apenas o bom e velho fluxo de ar natural-aumentar a emissividade faz uma grande diferença. É aí que brilham a anodização preta ou os revestimentos especiais, literal e figurativamente. Eles permitem que o dissipador de calor emita mais calor por meio da radiação. Pegue um pequeno dissipador de calor passivo: se você anodizá-lo em preto, poderá reduzir sua temperatura em 10–20%, apenas deixando-o irradiar melhor.
Mas quando você instala um ventilador e muda para o resfriamento com ar-forçado, a convecção assume o controle. De repente, aquele sofisticado revestimento de alta-emissividade só ajuda em uma pequena-melhoria de apenas alguns pontos percentuais, nada dramático.
Agora, e os metais folheados? Pias-banhadas a níquel, por exemplo, ainda conduzem calor quase tão bem quanto o alumínio puro. Um engenheiro foi até direto: os revestimentos anodizados simplesmente não movem o calor com a mesma eficiência que o revestimento de metal. Dito isso, uma camada anodizada fina-com apenas alguns mícrons de espessura-não atrapalha realmente a condução. Visão geral: os dissipadores de calor anodizados ou pintados têm como objetivo irradiar calor, enquanto os banhados se concentram em conduzi-lo e resistir à corrosão.
Resumindo: pias anodizadas pretas são campeãs em irradiar calor-às vezes até 8 a 10 vezes melhor do que o metal puro. O chapeamento, por outro lado, mantém a superfície tão condutora quanto o metal bruto. A maioria dos designers vê a anodização como a melhor escolha para resfriamento passivo. Mas se você está preocupado com ferrugem ou-desgaste a longo prazo, o revestimento assume a liderança. Em sistemas com ventiladores ou refrigeração mista, as diferenças ficam menores. Na verdade, com pias resfriadas-por ventilador, uma tinta preta espessa pode diminuir a temperatura em apenas alguns graus em comparação com o alumínio puro. Niquelagem? Você quase não notará uma mudança de temperatura.
Resistência à corrosão e durabilidade
Proteger as superfícies do dissipador de calor contra a corrosão é realmente importante. Veja a anodização, por exemplo,-ela cria uma camada resistente, semelhante à cerâmica-diretamente no alumínio. Essa camada impede a entrada de ar e produtos químicos, de modo que as pias anodizadas resistem a condições úmidas ou salgadas muito melhor do que o metal puro. O chapeamento também funciona. Apenas uma fina camada de níquel ou estanho sobre cobre pode interromper a oxidação e ajudar o dissipador de calor a continuar fazendo seu trabalho por anos. Imagine uma pia de cobre-niquelada em um local úmido; ele ainda parecerá e funcionará como novo, muito depois de um não revestido começar a piorar.
Os revestimentos de tinta e pó ajudam a cobrir o metal, mas são tão bons quanto a sua superfície. Se forem arranhados ou lascados, a corrosão se infiltra. Revestimentos químicos finos, como cromatos ou fosfatos, adicionam outra camada de defesa, geralmente aplicada antes da pintura em pó para reforçar a proteção. Quanto ao bom funcionamento desses acabamentos,-o alumínio anodizado quase sempre obtém as melhores notas em resistência à corrosão, e o revestimento de níquel também tem notas altas. O alumínio puro começa a formar óxido rapidamente e o cobre mancha rapidamente.
É por isso que você encontrará anodização ou revestimento na maioria dos dissipadores de calor usados ao ar livre ou em ambientes industriais difíceis. Ambos os métodos fazem um ótimo trabalho ao bloquear o oxigênio e a umidade, de modo que o dissipador de calor dura mais tempo. A melhor escolha depende apenas do metal com o qual você está trabalhando e de onde a pia será usada.
Considerações de custo
O custo sempre importa. Na maioria das vezes, a anodização é a maneira mais barata de usar dissipadores de calor de alumínio, especialmente se você estiver fazendo um lote grande. É um processo sólido e confiável para qualquer coisa extrudada ou usinada em alumínio. O revestimento, por outro lado, pode estar em todo o mapa-em termos de preço. O estanho e o níquel padrão não são tão ruins, mas quando você começa a falar sobre prata ou ouro, a conta aumenta rapidamente. E quando você entra em revestimentos especializados-tintas cerâmicas, polímeros espessos-você não está pagando apenas pelos materiais. Você também está pagando por trabalho extra, como cura e mascaramento, que consome tempo e dinheiro.
Os custos mudam dependendo da espessura do revestimento e da quantidade de preparação necessária para a peça. A anodização dura, que oferece melhor resistência ao desgaste, custa mais do que a anodização normal. O revestimento em pó parece barato por peça, mas você gastará mais tempo finalizando as peças. Na verdade, a anodização atinge um ponto ideal: é acessível e dá conta do recado. Revestimentos revestidos ou sofisticados só fazem sentido se você precisar de algo especial-como uma aparência específica ou uma propriedade que a anodização não pode oferecer. Digamos que você precise de um poço para conduzir eletricidade-então você precisa revesti-lo e o preço se torna uma preocupação menor.
Resumindo: a maioria dos designers escolhe a anodização para dissipadores de calor de alumínio porque funciona bem e não custa muito. Se você precisar de extras específicos, como acabamento metálico ou uma determinada cor, pode valer a pena pagar mais pelo revestimento ou revestimento especial. Apenas certifique-se de que o desempenho ou estilo extra realmente valha o custo. Um dissipador de calor anodizado simples geralmente oferece mais valor do que um dissipador de calor folheado caro, com quase nenhuma diferença no desempenho térmico.
PowerWinxé fornecedora líder de dissipadores de calor e componentes de gerenciamento térmico de alto-desempenho. Oferecemos uma ampla variedade de dissipadores de calor com tratamentos de superfície avançados, desde dissipadores de alumínio-anodizado preto que aumentam o resfriamento radiativo até designs de cobre banhado a níquel-resistentes à corrosão. Ao fornecer pias com as mais recentes opções de anodização, galvanização e revestimento, a PowerWinx ajuda os designers de eletrônicos a manter seus dispositivos resfriados e confiáveis.
