Dissipador de calor de cobre ou alumínio?

Qual seria um melhor dissipador de calor para comprar cobre ou alumínio? O que o cobre faz que o alumínio não faz? Sei que é mais caro e mais pesado, então qual é a vantagem do cobre?

EDIT: mais detalhes sobre a aplicação. Eu preciso de um dissipador de calor para um módulo de peltier TEG, o lado legal. A fonte de energia é simplesmente o calor da sua mão, vindo do lado quente. Para impedir que neutralize os dois lados do peltier, estou usando dissipadores de calor para esfriar o outro lado. Portanto, preciso do dissipador de calor mais poderoso disponível para que o peltier produza tensão por mais tempo.

Você tem muitas informações boas dos usuários acima! Por favor, considere minha resposta um pouco significativo e importante suplementar aos conselhos que você já tem:

O material de interface térmica (TIM) pode importar tanto e facilmente até mais do que o material que você escolher para o seu dissipador de calor! Digo isso por experiência própria e testando dezenas de tipos e variedades de material de interface. Seu orçamento, métodos de anexo e outros parâmetros de design provavelmente restringirão suas escolhas a um tipo específico de TIM. Por exemplo: uma pasta requer que o dissipador de calor seja fixado mecanicamente e um adesivo não. Alguns materiais são confusos e difíceis de usar, mas apresentam bom desempenho e algumas coisas por aí são quase inúteis em seu desempenho e podem ou não ser fáceis de usar.

Eu diria com muita confiança que o TIM que você usa pode importar muito mais do que se você usar cobre ou alumínio. Nem sempre, mas as diferenças de desempenho podem ser surpreendentes.

A busca de materiais populares e bem revisados ​​para CPU / dissipadores de calor pode oferecer algumas boas opções para você escolher.

Boa sorte!

O cobre tem melhor condutividade térmica.

Alumínio - $\mathrm{ 200 \frac {W} {m\cdot K} }$
Cobre -$\mathrm{ 400 \frac {W} {m\cdot K} }$
(daqui, tambémaqui)

Mas a condutividade térmica dentro do material sólido é apenas uma parte da história. O resto da história depende de onde se quer despejar o calor.

Líquido refrigerante

O dissipador de calor de cobre (também chamado de bloco de transferência de calor) terá um desempenho melhor que o alumínio.

Ar com convecção forçada

Em outras palavras, há um ventilador soprando no dissipador de calor. Dissipador de calor de cobre terá um desempenho melhor que o alumínio.

Ar com natural convecção

Guardei melhor para o final. Também parece que também é o caso do OP.

Com ar de convecção natural , o dissipador de calor de cobre apresenta um desempenho apenas marginal ¹ melhor (em ° C / W) que o alumínio. Isso ocorre porque o gargalo não está na transferência dentro do metal. Quando você tem ar com convecção natural, o gargalo está na transferência entre metal e ar, e é o mesmo para Al e Cu.

¹ _{Devo acrescentar que o aumento marginal geralmente não vale o custo do Cu.}

Essa curva demonstra a relação não linear entre transferência de calor e condutividade térmica do material. A curva é genérica. Aplica-se a qualquer aplicação que tenha componentes de condução e convecção para a transferência total de calor. [A radiação é tipicamente pequena e é ignorada neste cálculo.] O formato da curva é o mesmo, independentemente da aplicação. Os valores quantitativos nos eixos não são mostrados porque dependem da potência, tamanho da peça e condições de resfriamento convectivo. Eles se tornam fixos para qualquer aplicativo e conjunto de condições. É óbvio pela forma da curva que a transferência de calor depende da condutividade térmica do material, mas ( fonte , ênfase na NA) também há um ponto, um joelho na curva, em que o aumento da condutividade térmica produz melhorias insignificantes na transferência de calor .

$\mathrm{20 \frac {W} {m\cdot K} }$

E2 é o plástico ( fonte )

É uma pergunta complexa, com muitos fatores. Vejamos algumas propriedades físicas:

• $\mathrm{W \over m\cdot K}$
  • cobre: ​​400
  • alumínio: 235
• capacidade volumétrica de calor ($\mathrm{J \over cm^3 \cdot K }$
  • cobre: ​​3,45
  • alumínio: 2.42
• densidade ($\mathrm{g \over cm^3}$ )
  • cobre: ​​8,96
  • alumínio: 2.7
• índice anódico ($\mathrm V$
  • cobre: ​​-0,35
  • alumínio: -0.95

O que essas propriedades significam? Para todas as comparações a seguir, considere dois materiais de geometria idêntica.

A condutividade térmica mais alta do cobre significa que a temperatura no dissipador de calor será mais uniforme. Isso pode ser vantajoso, pois as extremidades do dissipador de calor serão mais quentes (e, portanto, irradiarão com mais eficiência), e o ponto quente conectado à carga térmica será mais frio.

A maior capacidade de calor volumétrica do cobre significa que será necessária uma quantidade maior de energia para aumentar a temperatura do dissipador de calor. Isso significa que o cobre é capaz de "suavizar" a carga térmica com mais eficiência. Isso pode significar breves períodos de carga térmica, resultando em um pico de temperatura mais baixo.

A maior densidade do cobre o torna mais pesado, obviamente.

O índice anódico diferente dos materiais pode tornar um material mais favorável se a corrosão galvânica for uma preocupação. O que é mais favorável dependerá do que outros metais estão em contato com o dissipador de calor.

Com base nessas propriedades físicas, o cobre parece ter desempenho térmico superior em todos os casos. Mas como isso se traduz em desempenho real? Devemos levar em conta não apenas o material do dissipador de calor, mas como esse material interage com o ambiente ambiente. A interface entre o dissipador de calor e seus arredores (geralmente ar) é muito significativa. Além disso, a geometria específica do dissipador de calor também é significativa. Devemos considerar todas essas coisas.

Um estudo de Michael Haskell, Comparando o impacto de diferentes materiais de dissipadores de calor no desempenho do resfriamento, realizou alguns testes empíricos e computacionais em dissipadores de calor de alumínio, cobre e espuma de grafite de geometria idêntica. Posso simplificar bastante as descobertas: (e ignorarei o dissipador de calor de espuma de grafite)

Para a geometria específica testada, o alumínio e o cobre tiveram desempenho muito semelhante, com o cobre sendo um pouco melhor. Para se ter uma idéia, a um fluxo de ar de 1,5 m / s, a resistência térmica do cobre do aquecedor ao ar era de 1,637 K / W, enquanto o alumínio era de 1,677. Esses números são tão próximos que seria difícil justificar o custo e o peso adicionais do cobre.

À medida que o dissipador de calor se torna grande em comparação com o que está sendo resfriado, o cobre ganha uma vantagem sobre o alumínio devido à sua maior condutividade térmica. Isso ocorre porque o cobre é capaz de manter uma distribuição de calor mais uniforme, extraindo o calor até as extremidades com mais eficiência e utilizando mais efetivamente toda a área de radiação. O mesmo estudo fez um estudo computacional para um resfriador de CPU grande e calculou resistências térmicas de 0,57 K / W para cobre e 0,69 K / W para alumínio.

A condutividade térmica do cobre é quase 60% maior que a do alumínio. Isso significa que um dissipador de calor de cobre será muito mais eficaz na remoção de calor do que um de alumínio.

O que você escolhe é uma questão de compromisso: os dissipadores de calor de alumínio são mais baratos e leves, e também a primeira escolha para projetos de uso geral. No entanto, onde você deve remover grandes quantidades de calor em pouco espaço, o cobre pode ser preferível.

No entanto, não é possível fazer uma comparação absoluta entre os dois materiais sem conhecer a aplicação específica e as outras restrições do projeto específico ao qual o dissipador de calor deve ser adaptado.

Há outros fatores a serem lembrados (incluindo o ambiente em que o dissipador de calor deve "viver").

O cobre é capaz de conduzir calor melhor que o alumínio, mas o acoplamento térmico entre a fonte de calor e o dissipador de calor e também entre o dissipador de calor e o "mundo exterior" deve ser considerado.

Por exemplo, o dissipador de calor está acoplado ao ar livre através de pequenas aletas? Ou é acoplado a algum tipo de líquido refrigerante que flui em um tubo? A convecção está envolvida no processo de remoção de calor ou a radiação de calor é o mecanismo principal (pense nas sondas espaciais, como um caso extremo). É provável que o ambiente cause corrosão (dispositivos subaquáticos; dispositivos dentro de algum reator químico)? Algumas ligas são mais resistentes a certos tipos de corrosão do que outras.

O cobre tem cerca de 50% e o dobro da condutividade térmica do alumínio, dependendo da liga; portanto, para um determinado desempenho, um dissipador de calor de cobre pode ser 'metade' do tamanho de um de alumínio.

No entanto, o cobre é muito mais caro que o alumínio e um pouco mais difícil de fabricar, portanto, é mais caro produzir. Em alguns casos, vale a pena pagar pelo tamanho pequeno.