Disipador de calor de cobre o aluminio?

¿Cuál sería un mejor disipador de calor para comprar, cobre o aluminio? ¿Qué hace el cobre que no hace el aluminio? Sé que es más caro y más pesado, entonces, ¿cuál es la ventaja del cobre?

EDITAR: más detalles sobre la aplicación. Necesito un disipador de calor para un módulo TEG peltier, el lado genial. La fuente de poder es simplemente el calor de tu mano, proveniente del lado caliente. Para evitar que neutralice ambos lados del peltier, estoy usando disipadores de calor para enfriar el otro lado. Por lo tanto, necesito el disipador térmico más potente disponible para que el peltier produzca voltaje por más tiempo.

¡Tienes mucha información buena de los usuarios de arriba! Por favor, considere mi respuesta significativa e importante como complemento al consejo que ya tiene:

¡El material de interfaz térmica (TIM) puede importar tanto y fácilmente incluso más que el material que elija para su disipador térmico! Lo digo por experiencia y personalmente probando docenas de tipos y variedades de material de interfaz. Su presupuesto, métodos de conexión y otros parámetros de diseño probablemente reducirán sus opciones a un tipo específico de TIM. Por ejemplo: una pasta requiere que el disipador térmico esté asegurado mecánicamente y un adhesivo no. Algunos materiales son desordenados y difíciles de usar, pero funcionan bien y algunas cosas por ahí son casi inútiles en su rendimiento y pueden o no ser fáciles de usar.

Diría con mucha confianza que el TIM que usa puede importar mucho más que si usa cobre o aluminio. No en todos los casos, pero las diferencias de rendimiento pueden ser sorprendentes.

Buscar materiales populares y bien revisados ​​para CPU / disipadores de calor puede darle algunas buenas opciones para elegir.

¡Buena suerte!

El cobre tiene mejor conductividad térmica.

Aluminio - $\mathrm{ 200 \frac {W} {m\cdot K} }$
Cobre -$\mathrm{ 400 \frac {W} {m\cdot K} }$
(desdeaquí, tambiénaquí)

Pero la conductividad térmica dentro del material sólido es solo una parte de la historia. El resto de la historia depende de dónde se quiera descargar el calor.

Líquido refrigerante

El disipador térmico de cobre (también puede llamarse bloque de transferencia de calor) funcionará mejor que el aluminio.

Aire con convección forzada

En otras palabras, hay un ventilador que sopla en el disipador térmico. El disipador térmico de cobre funcionará mejor que el aluminio.

Aire con convección natural.

He guardado lo mejor para el final. También parece que es el caso del OP también.

Con aire de convección natural , el disipador térmico de cobre funciona solo marginalmente ¹ mejor (en ° C / W) que el aluminio. Esto se debe a que el cuello de botella no está en la transferencia dentro del metal. Cuando tiene aire con convección natural, el cuello de botella está en la transferencia entre el metal y el aire, y es lo mismo para Al y Cu.

¹ _{Debo agregar que el aumento marginal a menudo no vale el costo de Cu.}

Esta curva demuestra la relación no lineal entre la transferencia de calor y la conductividad térmica del material. La curva es genérica. Se aplica a cualquier aplicación que tenga componentes de conducción y convección para la transferencia de calor total. [La radiación es típicamente pequeña y se ignora en este cálculo.] La forma de la curva es la misma independientemente de la aplicación. Los valores cuantitativos en los ejes no se muestran porque dependen de la potencia, el tamaño de la pieza y las condiciones de enfriamiento convectivo. Se vuelven fijos para cualquier aplicación y conjunto de condiciones. Es obvio por la forma de la curva que la transferencia de calor depende de la conductividad térmica del material, pero también hay un punto, una rodilla en la curva, donde el aumento de la conductividad térmica produce una mejora insignificante en la transferencia de calor .
( fuente , énfasis mío NA)

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

E2 es el plástico ( fuente )

Es una pregunta compleja, con muchos factores. Veamos algunas propiedades físicas:

• $\mathrm{W \over m\cdot K}$
  • cobre: ​​400
  • aluminio: 235
• $\mathrm{J \over cm^3 \cdot K }$
  • cobre: ​​3.45
  • aluminio: 2.42
• $\mathrm{g \over cm^3}$
  • cobre: ​​8.96
  • aluminio: 2.7
• $\mathrm V$
  • cobre: ​​-0.35
  • aluminio: -0.95

¿Qué significan estas propiedades? Para todas las comparaciones que siguen, considere dos materiales de geometría idéntica.

La mayor conductividad térmica del cobre significa que la temperatura en el disipador térmico será más uniforme. Esto puede ser ventajoso ya que las extremidades del disipador térmico serán más cálidas (y, por lo tanto, irradiarán más efectivamente), y el punto caliente conectado a la carga térmica será más frío.

La mayor capacidad de calor volumétrico del cobre significa que se necesitará una mayor cantidad de energía para elevar la temperatura del disipador de calor. Esto significa que el cobre puede "suavizar" la carga térmica de manera más efectiva. Eso podría significar breves períodos de carga térmica que resultan en una temperatura pico más baja.

La mayor densidad del cobre lo hace más pesado, obviamente.

El índice anódico diferente de los materiales podría hacer que un material sea más favorable si la corrosión galvánica es una preocupación. Lo que sea más favorable dependerá de qué otros metales estén en contacto con el disipador de calor.

Según estas propiedades físicas, el cobre parecería tener un rendimiento térmico superior en todos los casos. Pero, ¿cómo se traduce esto en un rendimiento real? Debemos tener en cuenta no solo el material del disipador térmico, sino también cómo interactúa este material con el entorno. La interfaz entre el disipador térmico y sus alrededores (aire, generalmente) es muy significativa. Además, la geometría particular del disipador térmico también es significativa. Debemos considerar todas estas cosas.

Un estudio realizado por Michael Haskell, que compara el impacto de diferentes materiales de disipador de calor en el rendimiento de enfriamiento, realizó algunas pruebas empíricas y computacionales en disipadores de aluminio, cobre y espuma de grafito de geometría idéntica. Puedo simplificar enormemente los hallazgos: (e ignoraré el disipador de espuma de grafito)

Para la geometría particular probada, el aluminio y el cobre tuvieron un rendimiento muy similar, siendo el cobre un poco mejor. Para darle una idea, con un flujo de aire de 1.5 m / s, la resistencia térmica del cobre desde el calentador al aire fue de 1.637 K / W, mientras que el aluminio fue de 1.677. Estos números están tan cerca que sería difícil justificar el costo y el peso adicionales del cobre.

A medida que el disipador de calor se vuelve grande en comparación con la cosa que se enfría, el cobre gana una ventaja sobre el aluminio debido a su mayor conductividad térmica. Esto se debe a que el cobre puede mantener una distribución de calor más uniforme, atrayendo el calor hacia las extremidades de manera más efectiva y utilizando de manera más efectiva toda el área de radiación. El mismo estudio realizó un estudio computacional para un enfriador de CPU grande y resistencias térmicas calculadas de 0.57 K / W para cobre y 0.69 K / W para aluminio.

La conductividad térmica del cobre es casi un 60% mayor que la del aluminio. Esto significa que un disipador de calor de cobre será bastante más efectivo para eliminar el calor que uno de aluminio.

Lo que elija es una cuestión de compromiso: los disipadores de calor de aluminio son más baratos y livianos, por lo que son la primera opción para el diseño de uso general. Sin embargo, donde debe eliminar grandes cantidades de calor en poco espacio, el cobre podría ser preferible.

Sin embargo, no es posible hacer una comparación absoluta entre los dos materiales sin conocer la aplicación específica y las otras limitaciones del diseño específico al que debe adaptarse el disipador de calor.

Hay otros factores a tener en cuenta (incluido el entorno en el que el disipador de calor debe "vivir").

El cobre puede conducir el calor mejor que el aluminio, pero se debe considerar el acoplamiento térmico entre la fuente de calor y el disipador de calor, y también entre el disipador de calor y el "mundo exterior".

Por ejemplo, ¿se combina el disipador de calor con aire libre a través de aletas pequeñas? ¿O está acoplado a algún tipo de líquido refrigerante que fluye en un tubo? ¿La convección está involucrada en el proceso de eliminación de calor, o la radiación de calor es el mecanismo principal (piense en las sondas espaciales, como un caso extremo). ¿Es probable que el medio ambiente provoque corrosión (dispositivos bajo el agua; dispositivos dentro de algún reactor químico)? Algunas aleaciones son más resistentes a cierto tipo de corrosión que otras.

El cobre tiene aproximadamente entre 50% y el doble de conductividad térmica del aluminio dependiendo de la aleación, por lo que, para un rendimiento dado, un disipador térmico de cobre puede ser 'la mitad' del tamaño de uno de aluminio.

Sin embargo, el cobre es mucho más costoso que el aluminio y algo más difícil de fabricar, por lo que es más costoso de producir. En algunos casos, vale la pena pagar el tamaño pequeño.