¿Por qué los disipadores térmicos con aislamiento eléctrico son tan raros? ¿Es sólo el costo?

Question

Edit: parece Que mi pregunta inicial (¿por Qué no hay aislante disipadores de calor?) se basa en una premisa falsa, y hay, de hecho, aislante disipadores de calor--yo solo no fue capaz de encontrar con una somera búsqueda. En lugar de eso, me voy a cambiar esto para preguntar acerca de su rareza en su lugar.

Los disipadores de calor parecen ser casi universalmente de aluminio, de cobre, o alguna combinación de los mismos. Esto tiene sentido; el aluminio y el cobre son fáciles de trabajar y de tener alta conductividad térmica. Pero el diamante tiene una de las más altas conductividades térmicas de cualquier sustancia conocida, es obvio, por supuesto, que los diamantes del tipo adecuado para uso como un disipador de calor sería excesivamente caro para decir lo menos, ya que probablemente tendría que ser una sola joya de cristal de calidad, pero no sería posible utilizar, por ejemplo, el nitruro de boro cúbico, que tiene una similar conductividad térmica?

Y sí, las dificultades de fabricación con un gran cristal único de c-BN probablemente sería aproximadamente el mismo que el de hacer un gran solo cristal de diamante, pero espero que el precio final no se mucho porque no hay ninguna De las Cervezas de grupo después de nitruro de boro. Y seguramente hay otros compuestos no metálicos que tienen buena conductividad de calor, y algunos de ellos es de suponer que se adecuen mejor a la fabricación. Dudo que sería capaz de acercarse a los precios de punto de aluminio extruido, pero a veces se necesita un mayor rendimiento.

Así que, en resumen, mi pregunta es: ¿Es sólo el costo que hace que no metálicos disipadores de calor tan raro, o hay algunos otros inconvenientes que los hacen menos atractivos fuera de la más esotérica de aplicaciones?

Answer 1

Una cosa que otras respuestas no parecen tener cubierto es que sólo se necesita una muy fina capa de aislante de la electricidad (en modesto tensiones), mientras que el disipador de calor de la parte de un disipador de calor funciona mejor si es gruesa. Así que es más eficaz el uso de una fina eléctricamente aislante barrera seguido por una gruesa, barato y fácilmente hechas de metal del disipador de calor de lo que sería el uso de una sola pieza de un material conductor térmico y aislante de la electricidad. Los pocos materiales que no existen (como el diamante) no pueden ser extruidos o de lo contrario se forman con facilidad en un disipador de calor de la forma. Algunos pueden ser sinterizado pero sinterización no suelen llegar a la conductividad térmica del material a granel. La ingeniería efecto de todo esto la ciencia de materiales es que terminamos haciendo lo que siempre hemos hecho.

Otro factor es el stock políticas: sembrando voluminosos robusto disipadores de calor y un número más pequeño (que no siempre es necesario) de los pequeños delicadas almohadillas aislantes de su stock ocupa menos espacio de almacenamiento y de capital que si se siembran dos tipos de voluminosos disipador de calor. El costo y el rendimiento, tanto mejor sin el aislante cuando no es necesario.

Answer 2

Esto no es un problema nuevo; aquellos de nosotros de una cierta edad recordamos los disipadores de calor con mica aisladores para la A-220 y A-3 paquetes.

El problema (en el momento) fue tanto el coste del material y de la disponibilidad y la ciencia de los materiales. Hemos recorrido un largo camino en nuestra comprensión de la conductividad térmica de diversos compuestos a lo largo de los años, pero todavía es relativamente nueva tecnología (hay cosas tales como térmicamente almohadillas conductoras que han estado alrededor por décadas, pero en realidad no son los disipadores de calor en su propio derecho).

La A-220 tiene el disipador de calor en el colector / drenaje del dispositivo, que es por lo general a un voltaje elevado, por lo que el arreglo típico utilizado esta técnica:

Fuente.

No era inusual para utilizar algunos de pasta térmica así como para maximizar la transferencia de calor.

Ahora que realmente no explicar la relativa rareza de integrado de aislamiento de los disipadores de calor; que realmente se reduce a 'es necesario' o puedo simplemente usar el bien conocido método de un disipador de calor y un aislante de la electricidad material de barrera, que es menos costoso (al menos, lo es hoy).

El viejo método probado y verdadero ha servido bien durante muchas décadas, pero para algunas aplicaciones (especialmente aquellos en dispositivos pequeños) una solución de este tipo puede no encajar.

Hay bastante un par de ofertas disponibles, pero tienden a ser un poco más caro (por vatio). También hay una gran cantidad de investigación en otros materiales.

Por supuesto, para el bling factor, puede utilizar estos.

Por lo que se reduce a una serie de cosas y el coste es un factor importante. Yo también tenga en cuenta que un gran mercado para los disipadores de calor es para CPUs y GPUs, donde el caso de la IC está aislado eléctricamente de todos modos.

Answer 3

Polímero de disipadores de calor se merecen una mención. Polímero de disipadores de calor no son poco comunes. Vengo a través de polímero de disipadores de calor industrial, automotriz, prosumer bienes de vez en cuando. A menudo son difíciles de reconocer como disipadores de calor, ya que pueden tener una segunda fines mecánicos (un recinto, un soporte, un reflector de la lámpara). Estos disipadores de calor son siempre personalizados de molde de inyección de piezas.

Los polímeros tienen una pequeña conductividad de calor, en comparación con cualquier metal. Este le pide una pregunta: ¿cómo puede un polímero de hacer una aceptable disipador de calor? En algunos casos, la resistencia térmica del disipador de calor se convierte dominado por la transferencia de disipador de calor para el aire, en lugar de por conducción dentro del disipador de calor de la misma. Esto puede suceder cuando el dumping de calor en el aire con convección natural. En estos casos, un disipador de calor hecho de un polímero especial con una relativamente alta de conducción térmica ( \$ \mathrm{20 \frac {W} {m\cdot K} } \$ ) puede ser comparable a la de aluminio ( \$ \mathrm{200 \frac {W} {m\cdot K} } \$ ) disipador de calor con la misma geometría.

E2 es el plástico (fuente)

Algunos de discusión adicional en esta respuesta anterior.

Answer 4

De lo que se trata de un disipador de calor es que sólo hay dos maneras para finalmente deshacerse del calor, la conducción y la radiación.

Así, al final, asumiendo que su emmisivity es razonablemente cercano a 1 (Sólo importa realmente si usted puede ejecutar CALIENTE, pérdida de energía por radiación es la 4ª potencia de la temperatura absoluta), y usted puede hacer la cosa de tener un buen contacto térmico con los alrededores de enfriamiento de los medios (Aire, agua, lo que sea), lo que hacemos a partir de sólo importa un poco (Que la interfaz es el asesino de rendimiento, no el grueso de la conductividad térmica del disipador de calor).

Ahora es evidente que usted necesita para el diseño del disipador de calor, para que el calor viaja a través de lo razonablemente eficiente y en la zona donde hay una gran cantidad de densidad de flujo de potencia que se pueden argumentar para otra cosa, entonces aliado, para la mayor parte de la cosa donde usted tiene un montón de metal para mantener delta T baja, más barata es la mejor.

Para un disipador de calor o aislante arandela es diferente, por supuesto, disipadores de calor, por definición, son utilizados donde la densidad de flujo de potencia es muy alta y la mínima resistencia térmica es una cosa muy buena, de ahí el uso habitual de cobre en este papel.

Para el aislador puede ver exóticos materiales utilizados, debido a que un buen conductor térmico que también es un aislante eléctrico no es tan común, por lo que el Nitruro de Boro, Alúmina, Óxido de Berilio(!) y el ver como todos los servicio aquí, y yo no iba a ser sorprendido por alguien con diamante (Probablemente en un extraño dispositivo de RF).

Answer 5

Desde un punto de vista técnico es sin duda posible la fabricación de disipadores de calor con construido en el aislador de la zapata. La razón por la que no hacerlo es la economía.

Entre los diferentes mecánica, eléctrica, térmica y de opciones hay un montón de combinaciones diferentes. Si el aislador y el disipador de calor fueron una parte, entonces los vendedores tendrían que almacenar mucho más únicos números de parte.

Al excluir el aislador y el disipador de calor en productos únicos, el usuario tiene mucho más opciones.

Aquí están algunas de las cosas a tener en cuenta.

1) En muchos casos, el usuario hará uso de la brecha de almohadillas de calor-lavabos y bañera de componentes para recoger la holgura en tolerancias mecánicas. Esto significa que cada usuario va a querer el pad para ser de un espesor diferente.

2) Térmica del aislador de la almohadilla de materiales varían en lo bien que son capaces de ajustarse a superficies rugosas. Hay a menudo un equilibrio entre lo blando el material y lo bien que se conduce el calor.

3) los Diferentes usuarios tienen diferentes requisitos de aislamiento en términos de voltaje. Hay un trade-off entre la tensión de aislamiento, el espesor del material y la resistencia térmica.

3) la Adición de un aislante entre un disipador de calor y una parte tiene una penalización en términos de resistencia térmica. Si es posible no usar una capa aislante, a continuación, usted conseguirá el mejor rendimiento térmico en ese caso.