Comparer les meilleurs matériaux d'évier à chaleur en aluminium et en cuivre et en diamant

Lorsque la température du processeur de votre PC de jeu hautes performances grimpe dangereusement près d'un plantage d'écran bleu, c'est le dissipateur thermique discret qui assure la garde. Le choix du matériau du dissipateur thermique détermine directement si votre appareil peut maintenir un fonctionnement stable sous de lourdes charges de travail. Mais quel matériau est le plus performant ? Aluminium, cuivre ou même diamant ? Voici ce que vous devez savoir.

La fonction première d'un dissipateur thermique est de dissiper rapidement la chaleur générée par les composants électroniques, empêchant ainsi la limitation des performances ou l'endommagement du matériel. La conductivité thermique - mesurée en watts par mètre-kelvin (W/m•K) - détermine la capacité de refroidissement d'un matériau. Cependant, les fabricants doivent également tenir compte du coût, de la fabricabilité et du poids, ce qui fait de la sélection des dissipateurs thermiques un défi d'optimisation complexe.

L'aluminium domine le marché des dissipateurs thermiques en trouvant un équilibre optimal entre performance, coût et fabricabilité.

• Aluminium 1050A : Bénéficie d'une conductivité thermique exceptionnelle (229 W/m•K) mais souffre d'une faible résistance mécanique, ce qui limite son utilisation dans les conceptions de dissipateurs thermiques complexes.
• Aluminium 6060/6063 : Les normes de l'industrie (166-201 W/m•K) offrent une excellente résistance et extrudabilité. Leurs performances thermiques varient en fonction du traitement thermique (état de traitement thermique).

• Rentable : Considérablement moins cher que les alternatives, permettant la production de masse
• Flexibilité de fabrication : Facilement extrudé en réseaux d'ailettes et colonnes de refroidissement complexes
• Léger : Une faible densité empêche une surcharge excessive du système

Bien que suffisant pour la plupart des applications, la conductivité thermique de l'aluminium est inférieure à celle des matériaux haut de gamme pour les charges thermiques extrêmes.

Avec une conductivité thermique presque deux fois supérieure à celle de l'aluminium (401 W/m•K), le cuivre offre une capacité de refroidissement supérieure, mais présente des défis d'ingénierie.

• Transfert de chaleur exceptionnel : Une valeur de 401 W/m•K surpasse l'aluminium
• Pénalité de poids : Trois fois plus dense que l'aluminium
• Prime de coût : Généralement 4 à 6 fois plus cher que l'aluminium

Étant donné que le cuivre résiste à l'extrusion, les fabricants utilisent des procédés spécialisés :

• Usinage CNC : Usinage précis mais coûteux de blocs de cuivre massif
• Skiving : Des outils de coupe spécialisés produisent des réseaux d'ailettes à haute densité
• Construction soudée : Combinaison d'ailettes en cuivre avec des plaques de base

• Refroidisseurs de processeur haut de gamme
• Solutions de refroidissement GPU haut de gamme
• Systèmes de gestion thermique des serveurs

Avec une conductivité thermique stupéfiante de 2000 W/m•K (cinq fois celle du cuivre), le diamant représente le summum de la technologie de refroidissement - bien qu'à des coûts astronomiques.

• Performances thermiques inégalées : Conductivité la plus élevée connue
• Mécanisme de transfert de chaleur unique : Vibration du réseau médiée par les phonons
• Prix prohibitif : Même les diamants synthétiques restent hors de prix

Actuellement limité aux applications de niche :

• Substrats de circuits intégrés haute puissance
• Gestion thermique des diodes laser

• Cuivre-tungstène : Mélange la conductivité du cuivre avec la faible expansion du tungstène
• AlSiC (carbure de silicium d'aluminium) : Améliore la résistance tout en maintenant les performances thermiques
• Dymalloy : Alliage cuivre-argent renforcé au diamant
• E-Material : Composite d'oxyde de béryllium offrant à la fois un refroidissement et une isolation électrique

La sélection des dissipateurs thermiques implique une considération attentive des exigences thermiques, des contraintes budgétaires et des spécifications mécaniques. Alors que l'aluminium satisfait la plupart des applications grand public, des scénarios exigeants peuvent justifier la prime du cuivre. Les solutions diamant et composites restent des options spécialisées pour les défis thermiques extrêmes.