Rugosidad de la superficie del disipador de calor: la guía definitiva (Ra, rendimiento y medición)
La rugosidad del disipador de calor.
En el diseño de disipación de calor de productos electrónicos, muchas personas se centran en los materiales (aluminio, cobre) y las estructuras (aletas, aletas de pasador, extrusión versus forjado en frío), pero a menudo pasan por alto un detalle - la rugosidad de la superficie del disipador de calor.
La rugosidad de la superficie afecta directamente a la conductividad térmica, la resistencia térmica de contacto e incluso la eficiencia de la transferencia de calor por convección del aire, por lo que no se puede ignorar en el diseño de disipación de calor de alto-rendimiento.
¿Cuál es la rugosidad de un disipador de calor?
La rugosidad de la superficie (Ra, rugosidad media aritmética) se refiere al valor medio de la microrugosidad en la superficie de una pieza de trabajo, expresado en μm (micrómetros).
Para los disipadores de calor, existen principalmente dos tipos:
1. Rugosidad de la superficie de contacto inferior: la interfaz donde el disipador de calor entra en contacto directamente con el chip/dispositivo de alimentación.
2. Rugosidad de la superficie de las aletas: la superficie de disipación de calor del disipador de calor está relacionada con la transferencia de calor por convección del aire.
El impacto de la rugosidad de la superficie en el rendimiento del disipador de calor
1. Interfaz térmica (abajo)
Una rugosidad excesiva puede provocar un área de contacto insuficiente, un aumento de la resistencia térmica y una disminución de la eficiencia de la conductividad térmica.
Generalmente se requiere: Ra menor o igual a 1,6 μ m, y algunas aplicaciones de alto-rendimiento incluso requieren Ra menor o igual a 0,8 μ m, combinado con material de interfaz térmica (TIM).
2. Aletas de disipación de calor (superficie)
La rugosidad moderada es beneficiosa para mejorar la alteración del flujo de aire y la transferencia de calor por convección.
Demasiado suave → eficiencia de convección limitada.
Demasiado áspero → es más probable que se adhiera el polvo y el rendimiento de disipación de calor a largo plazo-disminuirá.
Generalmente, se puede controlar dentro de Ra 3,2-6,3 μm.
Procesos de fabricación comunes y niveles de rugosidad
| método de proceso | Rugosidad (Ra, mm) | Características |
| Extrusión | 3.2-6.3 | Superficie rugosa y de bajo coste de las aletas, que requiere un pos-procesamiento para mejorar la superficie inferior |
| Forja en frío | 1.6-3.2 | Alta densidad y buena suavidad superficial. |
| fundición a presión | 3.2-12.5 | Puede formar formas complejas, pero la rugosidad de la superficie es alta y la conductividad térmica es ligeramente pobre. |
| Mecanizado CNC | 1.6-3.2 | Alta precisión y se utiliza comúnmente para el mecanizado secundario de la superficie inferior. |
| Rectificado/Pulido | 0.4-0.8 | Requisitos de alto rendimiento para mejorar la superficie de contacto del chip |
¿Cómo medir la rugosidad de la superficie de los disipadores de calor?
1. Perfilómetro de lápiz óptico
Utilice una aguja para deslizarse sobre la superficie de la pieza de trabajo, medir el cambio de altura y generar el valor Ra.
Alta precisión y este es el método más común.
2. Interferometría óptica
El análisis de las fluctuaciones de la superficie mediante escaneo óptico es adecuado para detectar superficies ultralisas.
3. Máquina de medición de coordenadas (MMC) con módulo de superficie
Se puede combinar con medición de tamaño y detección de rugosidad.
4. Análisis de microscopía
Utilizar un microscopio electrónico para observar la microestructura y analizar cualitativamente la rugosidad de la superficie.
Conclusión
La rugosidad del disipador de calor, aunque es un detalle, juega un papel crucial en la gestión térmica:
Cuanto menor sea la rugosidad de la superficie inferior, mejor (para garantizar el contacto térmico).
La superficie de las aletas es moderadamente rugosa (lo que mejora la transferencia de calor por convección).
Diferentes técnicas de procesamiento determinan el nivel de rugosidad y, al diseñar, es necesario considerar tanto el rendimiento como el costo de manera integral.
Para aplicaciones de alta-potencia, se recomienda prestar atención al material, la estructura, la rugosidad y el proceso al seleccionar los disipadores de calor, y controlarlos mediante métodos de prueba confiables para lograr el mejor efecto de disipación de calor.
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