Dissipateurs thermiques en cuivre ou en aluminium : lequel est le meilleur ?

Les dissipateurs thermiques sont des éléments essentiels des systèmes qui produisent de la chaleur et restent à un bon niveau de température pour éviter une dégradation à haute température. La propriété du cuivre permettant de contrôler l'énergie thermique au niveau micro du circuit électronique en fait une option émergente de dissipateur thermique pour l'industrie informatique de haute technologie. Le matériau du dissipateur thermique en cuivre et en aluminium présente des aspects liés au transfert de chaleur, à l'inertie thermique, à la conductivité thermique et au coût. La connaissance de ces effets doit être nécessaire pour juger du bon matériau et du bon profil thermique.

Matériau dissipateur de chaleur

Ce matériau élimine la chaleur du côté thermique et la rend disponible pour l'atmosphère par le libre mouvement des électrons vers le côté puits. Les propriétés majeures et importantes de ce type de matériaux sont l’efficacité du transfert de chaleur, le faible poids, la stabilité, la facilité d’extrusion/usinage et le coût. Compte tenu de ces propriétés, les matériaux optimaux pour le dissipateur thermique sont l’aluminium et le cuivre. Parce que la métallurgie de ces matériaux est réalisable et trouve des applications dans l'industrie. Mais la question principale est de choisir un matériau de dissipateur thermique approprié et bon marché avec de bonnes fonctions de transfert de chaleur/propriétés d'échangeur de chaleur. Pour plus d’informations, veuillez consulter ces vidéos YouTube.

Type de dissipateur thermique commun

Les matériaux de dissipateur thermique ont différentes catégories en raison de la facilité de fabrication, de l’extrusion, du type de conception et de l’application dans les équipements. La teneur en cuivre et en aluminium du dissipateur thermique est également liée aux types de dissipateurs thermiques. Différents types de matériaux de dissipateur thermique sont :

Profils de dissipateur de chaleur en aluminium

Le matériau en aluminium présente de bonnes propriétés d'extrusion avec une saillie d'ailettes fines et une surface maximale pour les fonctions de transfert de chaleur. Ces profils sont le résultat d'un processus d'extrusion. Il s’agit d’une méthode de transfert de chaleur bon marché, efficace, couramment disponible et bonne. La figure n°1 montre les profils de dissipateur thermique en aluminium. Figure.No.1 Profil de dissipateur thermique en aluminium.

Figure.No.1 Profil de dissipateur thermique en aluminium

Dissipateur thermique rond en aluminium

Ces profils sont circulaires avec de fines ailettes dans la direction radiale et présentent une saillie dans la direction axiale. Ils peuvent rayonner et convection de la chaleur vers l’atmosphère par surface. C'est un moyen courant de contrôler la température des appareils électroniques. La figure n°2 montre le profil du dissipateur thermique rond en aluminium. Figure.No.2 Profil de dissipateur thermique en aluminium.

Figure.No.2 Profil de dissipateur thermique en aluminium

Refroidisseur de processeur entièrement en cuivre

Il s’agit d’une méthode plus efficace et plus avancée pour évacuer la chaleur du processeur d’un ordinateur de haute technologie vers l’atmosphère. Le processeur d'un ordinateur conventionnel peut utiliser un dissipateur thermique en aluminium, mais le processeur d'un ordinateur de haute technologie nécessite d'exporter plus d'énergie joule par seconde. Le cuivre est donc le meilleur matériau pour cette activité car il peut exporter plus de quarante pour cent de joule thermique par seconde que l’aluminium.

Tube de cuivre électrique

Les tubes en cuivre transfèrent le fluide d'un côté à haute énergie thermique vers un côté dissipateur thermique à basse température en mode rayonnement et convection. Il peut prendre du fluide et convoiter sa chaleur sur la circonférence extérieure du tuyau en mode circulation. Le transfert de chaleur vers l'atmosphère s'effectue par excitation physique/convection des molécules d'air et du rayonnement.

Quel métal chauffe le plus vite

Si l'on fait une comparaison entre le matériau du dissipateur thermique en cuivre et en aluminium et que l'on consulte le tableau n°1, il est clair que le cuivre n'a besoin que de trente à quarante pour cent d'énergie thermique pour chauffer.

Ce fait est dû à la conductivité thermique élevée du cuivre et au nombre élevé d’électrons de valence disponibles. Cela facilite grandement la répartition de la température du dissipateur thermique pour les appareils microélectroniques. Parce que la microélectronique a besoin d’une petite quantité de chaleur instantanément distribuée et le cuivre peut lui fournir cette fourniture.

Quel métal est le meilleur conducteur de chaleur

Le cuivre peut conduire plus d'énergie thermique (par seconde pour une unité de longueur et une température Kelvin) en raison du grand nombre d'électrons de valence et de la vitesse de dérive élevée des électrons. Le tableau n°2 montre également le même fait.

Ainsi, le cuivre peut fournir un plus grand nombre d’électrons de valence à la borne de l’extrémité négative. Il peut conduire, convoiter et rayonner la chaleur dans n'importe quelle direction disponible pour rendre le composant frais et efficace dans la plage de température de fonctionnement.

Meilleur matériau de dissipateur thermique

Le meilleur matériau de dissipateur thermique dépend des facteurs suivants :

1. Avoir une facilité de fabrication

2. Usinage ou extrusion facile d'ailettes fines

3. Conduit plus de chaleur en moins de temps

4. Chauffage facile

5. Stabilité thermique à haute température

6. Ductile à température de fonctionnement

7. Pas cher

Si le matériau de l’évier en cuivre et en aluminium est comparé à ces 7 étapes, il apparaît alors qu’aucun matériau ne possède toutes ces propriétés. Par conséquent, la seule option consiste à donner la priorité aux propriétés d’un matériau pour une application particulière.

Quel est le meilleur dissipateur thermique en cuivre ou en aluminium

Si l'application implique la microélectronique qui nécessite moins de manipulation thermique et peut entraîner des coûts élevés, le cuivre est un meilleur dissipateur thermique que l'aluminium. Mais si le produit nécessite une quantité moyenne de chaleur pour se dissiper de l'échangeur de chaleur et ne permet pas un prix élevé pour l'usinage et le matériau (le prix du dissipateur thermique en cuivre est supérieur à celui de l'aluminium), alors l'aluminium est un meilleur matériau de dissipateur thermique que le cuivre.

Conductivité thermique

La conductivité thermique définit les fonctions d'efficacité et de transfert de chaleur du matériau du dissipateur thermique au meilleur niveau de température. Ainsi, on peut dire que la conductivité thermique élevée du cuivre le rend adapté au transfert de chaleur en microélectronique sans surchauffe des composants, même à basse température. Le tableau n°2 montre les conductivités thermiques du cuivre et de l'aluminium.

Le dissipateur thermique s'oxyde

Les deux matériaux de dissipateur thermique s'oxydent à haute température, mais dans le cas du cuivre, l'oxydation atteint le noir à une température d'environ deux cent cinquante degrés centigrades. Mais l'aluminium peut s'oxyder à une température de quatre cents degrés centigrades, ce qui n'est pas possible pour le matériau du dissipateur thermique de se développer après le transfert de chaleur. La figure n°3 montre l'oxydation noire du cuivre et de l'aluminium. Une attaque chimique peut également provoquer une oxydation des deux matériaux.

Figure.No.3 Oxydation du noir de cuivre.

Poids et coût

Poids : Le cuivre est environ trois fois plus dense que l’aluminium, ce qui le rend moins adapté aux équipements sensibles au poids. Le tableau n° 3 présente les densités du cuivre et de l’aluminium.

Tableau.No.3 Densités de cuivre et d'aluminium.

Coût : En raison de la métallurgie à haute température, de la moindre abondance du minerai et de l'extraction du cuivre, son coût est environ trois fois supérieur à celui de l'aluminium ; par conséquent, un dissipateur thermique en cuivre est plus cher qu'un dissipateur en aluminium.

Usinabilité

Le dissipateur thermique en aluminium est un bon matériau pour le formage dans des matrices à ailettes et l'extrusion pour une forme finale de transfert de chaleur avec une grande surface. Il s’agit d’une procédure courante pour les dissipateurs thermiques à transfert de chaleur en aluminium en raison de sa facilité et de sa polyvalence. Parfois, un usinage CNC est nécessaire en raison de la forme complexe des ailettes des profilés en aluminium. L'usinage est donc essentiel pour ce type de travail. Le cuivre n'est pas bon pour l'extrusion de profils en forme d'ailettes en raison de la forte consommation d'énergie thermique pour informer et façonner, il est donc soumis à un usinage.

Pourquoi choisir le dissipateur thermique personnalisé Tuofa

Si l'application nécessite un dissipateur thermique personnalisé avec des paramètres, seul un expert peut choisir entre les matériaux de dissipateur thermique en cuivre et en aluminium. Le client peut choisir le cuivre en raison de sa conductivité thermique élevée et l'aluminium en raison de son faible coût, mais Tuofa peut effectuer des analyses approfondies pour la métallurgie, l'extrusion et l'usinage CNC. Tuofa est certifié ISO 9001 avec une expérience dans les fonctions de transfert de chaleur et l'usinage CNC du matériau de l'évier. Par exemple, on peut penser à utiliser le concept de dissipateur thermique en aluminium et métal liquide, mais Tuofa peut parler de la réaction réactive entre le métal liquide et le dissipateur thermique en aluminium. Pour plus d’informations, veuillez visiter toufa-cncmachining.com.

FAQ sur le dissipateur thermique en métal

Le cuivre ou l’aluminium sont-ils de meilleurs conducteurs ?

Le cuivre est un meilleur conducteur d'énergie thermique que l'aluminium, mais il est cher et présente des limites pour l'extrusion de profils d'ailettes et l'oxydation noire. Le cuivre peut perdre sa conductivité thermique si les conditions thermiques perturbent la chimie, les réactions d'anodisation, les électrons de valence et les propriétés de corrosion.

L’aluminium ou le cuivre sont-ils meilleurs pour les caloducs ?

Le cuivre est meilleur pour les caloducs car il peut conduire l'énergie thermique jusqu'à la circonférence du matériau, ce qui la transfère davantage à l'atmosphère par rayonnement de chaleur et par convection. Mais l’extrusion ou l’étirage du cuivre pour la fabrication de tuyaux présente des limites métallurgiques pour l’extrusion.