Dissipateur thermique
À mesure que les composants électroniques gagnent en puissance et en compacité, la chaleur qu'ils produisent devient une contrainte de conception à part entière. Un processeur qui chauffe trop ralentit, vieillit plus vite et finit par tomber en panne. Le dissipateur thermique est la réponse la plus simple et la plus répandue à ce problème : il évacue la chaleur produite par un composant pour garantir son bon fonctionnement et sa longévité.
Comment fonctionne un dissipateur
Le principe repose sur la conductivité thermique. Fixé sur un composant chaud, par exemple un microprocesseur, le dissipateur lui offre une surface d'échange beaucoup plus grande que celle de son boîtier. La chaleur passe du composant au dissipateur par contact direct ou par l'intermédiaire d'un matériau d'interface thermique, qui comble les irrégularités entre les deux surfaces. Le dissipateur la diffuse ensuite dans l'air ambiant grâce à sa grande surface, le plus souvent constituée d'ailettes.
On distingue trois grandes familles. Les dissipateurs passifs sont les plus simples : sans aucune pièce mobile, ils comptent uniquement sur leur forme et sur les propriétés de leur matériau pour évacuer la chaleur. C'est la solution privilégiée lorsqu'on veut éviter le bruit, la poussière aspirée ou la panne d'un ventilateur. Les dissipateurs actifs, appelés HSF (Heat Sink with Fan), ajoutent un ventilateur qui force la circulation de l'air et améliore nettement le refroidissement. Pour les applications qui demandent un refroidissement intense, les systèmes à refroidissement liquide font circuler un fluide pour emporter la chaleur.
Matériaux et applications
Un dissipateur est fabriqué dans un matériau très bon conducteur de chaleur. L'aluminium, léger et peu coûteux, est de loin le plus répandu. Le cuivre conduit mieux la chaleur et se montre donc plus efficace, mais il est aussi plus lourd et plus cher. Certains dissipateurs associent différents matériaux, sous forme d'alliages ou de combinaisons, pour tirer parti des avantages de chacun.
On trouve des dissipateurs dans presque tous les appareils électroniques. Dans les ordinateurs, ils refroidissent les processeurs, les cartes graphiques et d'autres composants. Les smartphones et les tablettes en intègrent pour gérer la chaleur de leurs processeurs mobiles. Les équipements audio de puissance s'en servent pour maintenir leurs amplificateurs à bonne température, et les LED de forte puissance en ont besoin pour conserver leur efficacité et leur durée de vie.
Choisir et dimensionner
Le choix du dissipateur conditionne directement la fiabilité du composant qu'il protège. Quatre critères entrent en jeu :
- Puissance thermique : la quantité de chaleur à évacuer.
- Encombrement : l'espace disponible dans l'appareil.
- Poids : les contraintes de masse de l'ensemble.
- Budget : le coût admissible pour la solution thermique.
Pour dimensionner correctement un dissipateur, les ingénieurs utilisent la loi d'Ohm thermique, qui permet d'évaluer l'élévation de température en fonction de la puissance dissipée. On additionne les résistances thermiques rencontrées par la chaleur sur son chemin, du composant jusqu'à l'air ambiant, pour vérifier que la température atteinte reste dans les limites tolérées.
Le domaine continue d'évoluer. Les recherches portent notamment sur les nanomatériaux pour améliorer la conductivité thermique, sur les dissipateurs à changement de phase, et sur des solutions de refroidissement actif plus silencieuses et plus efficaces.
Dans un système embarqué, la question thermique se traite dès le choix du module et de son boîtier. Nos équipes peuvent vous aider à évaluer la solution de refroidissement adaptée à votre module et à son environnement d'utilisation.