Aquellos que son considerados de baja potencia, son capaces de dispar el calor con su propio envoltorio, pero los de media y alta potencia, necesitan ayuda para disipar y controlar el calor y la alta temperatura, evitando así su destrucción.
Disipador de calor
Elemento metálico que se une mecánicamente a un componente, normalmente semiconductor, para disipar el calor de dicho componente. Se fabrica en aluminio, debido a las propiedades térmicas de este material, y los hay de múltiples formas y tamaños.
Métodos de transferencia de calor
Hay tres forma de transferir el calor al medio ambiente:
Por conducción
Consiste en transportar el calor por medio del contacto a un disipador externo de gran superficie
Por convección
Consiste en transportar el calor a través de un fluido circundante, esta puede ser natural o forzada:
Convección Natural: El calor se entrega al fluido que rodea al componente (aire), una determinada cantidad de calor eleva la temperatura del aire y hace variar su densidad y como resultado el aire caliente asciende hacia arriba, apareciendo una nueva porción de aire fresco que continua refrigerando al componente
Convección Forzada: Un agente externo provoca la circulación de una determinada cantidad de fluido acelerando así el proceso de evacuación del calor, un ejemplo de ello es el uso de un ventilador
Por radiación
La radiación es la forma de transmisión de calor a través de las ondas electromagnéticas infrarroja emitida en forma natural por los cuerpos calientes. La eficiencia de este proceso depende del acabado mecánico y del color de la superficie tratadas, siendo mejor colores oscuros y determinados mates.
Los disipadores utilizan una combinación de los tres métodos de transferencia de calor para su funcionamiento. Son grandes superficies de aluminio en contacto con el encapsulado, de color negro y determinado acabado mecánico que ayudan a provocar una circulación de aire por convección y ademas irradia la temperatura con facilidad.
Conductividad térmica: es la habilidad de un material para conducir el calor y esta depende de las características física del material, de su forma y dimensiones geométricas.
Resistencia térmica: es la oposición que presenta un cuerpo a flujo del calor y se mide en ºC/W.
Condiciones de un disipador
Las condiciones que debe cumplir un disipador para una óptima transferencia de calor son:
1.- Tamaño del Disipador
Este depende de la cantidad de calor que debe irradiar, la temperatura ambiente de trabajo y la corriente promedio que circula por el elemento
2.- La sección transversal
Cuando más ancha sea las sección transversal menos resistencia térmica tendrá.
3.- La conductividad térmica
El material con el que se fabrica debe tener una gran conductividad térmica
4.- Aletas
Para aumentar la transferencia de calor por convección se dota al radiador de aletas en su contorno para aumentar la superficie externa, cuanta más superficie en contacto con el aire más calor disipará.
Los dos materiales para fabricar un disipador es el cobre y el aluminio, y aunque el cobre disipa 4 veces más que el aluminio, se usa el aluminio porque es mucho más barato que el cobre.
Pasta Conductora de Calor
A nivel microscópico la unión entre las superficies se realiza solamente por algunos puntos de contacto, quedando huecos llenos de aire por lo que la transmisión de calor es pobre. Para mejorar esto, se usa una pasta conductora de calor, que mejora la transmisión en un 30%. Las pastas de aceite de silicona con carga de partículas de zinc o de óxidos metálicos cumplen esta función a la perfección
Pieza de aislamiento
En ocasiones no se puede instalar el dispositivo sobre el disipador, ya que este es metálico y puede entrar en contacto eléctrico con las patillas de componente. Para evitar esto se utiliza una pieza de aislamiento de mica, que es buen conductor de calor y aislante eléctrico.
Pegatina termoconductora
Las pegatinas termocondutoras de doble cara han sido fabricadas de cinta 3M. Su medida, 20 x 15 mm, permite unir circuitos en carcasas TO220 (y otros) con disipadores de calor. Esta forma de montaje, en comparación con sujeción estándar mediante tornillos o clips, permite ahorrar tiempo y además elimina la necesidad de utilizar arandelas termoconductoras.
La cinta, con un espesor de 0, 25 mm, se caracteriza por una excelente adherencia y posee buenas propiedades termoconductoras (k=0,6 W/mK).