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EO POWER/AUTOMOTIVE - MAGGIO 2025 XXXII Power/Automotive di tre diversi dissipatori di calore costruiti in alluminio, alla temperatura d’ambiente di 27°C, evidenziando la di- stribuzione della temperatura sulla loro superficie. I tre dissipatori di calore hanno la stessa superficie bidimen- sionale dal “top view” ma sono caratterizzate da geome- trie diverse: • il primo è una piastra piana; • il secondo ha una serie di alette longitudinali; • il terzo ha una serie di alette verticali più fitte e sot- tili. La distribuzione della temperatura non è uniforme sui tre dissipatori di calore. Le zone più calde si trovano vici- no alla zona di applicazione della potenza mentre le zone più fredde sono sulle estremità delle alette, nei punti più distanti dalla potenza. La simulazione mostra come la geometria del dissipatore di calore influisce sulla sua capacità di dissipare il calore. Con l’adozione degli spes- sori, nel design del modello, le tre superfici esposte sono alquanto differenti e la tabella seguente le mostra assie- me ai relativi valori normalizzati. Il primo dissipatore, essendo una piastra piana, ha una superficie di scambio termico limitata e quindi presenta le temperature più elevate. Il secondo dissipatore ha una superficie di scambio termico maggiore e quindi presen- ta temperature più basse. Il terzo dissipatore ha la su- perficie di scambio termico più ampia e quindi presenta le temperature più basse di tutti. La forma fisica e la posizione in cui è fissato il compo- nente caldo al dissipatore è molto importante, sia per determinare un buon rapporto tra volume e superficie, sia per permettere al calore di passare tutto all’ambiente in modo efficace. L’ aria calda è più leggera dell’aria fred- da per cui il movimento naturale del calore è quello dal basso verso l’alto. Un dissipatore con l’alettatura posta in verticale lavora in condizioni migliori di uno orizzontale. Anche il colore del dissipatore ha una sua importanza e influisce sulle sue prestazioni. Il colore nero è quello che consente la massima diffusione del calore per irraggia- mento. L’alluminio nudo o anodizzato nero è una ottima soluzione, mentre altri colori sono qualitativamente in- feriori. Le vernici plastiche, poi, hanno pessime caratte- ristiche termiche per cui è sempre meglio evitarle. Nei sistemi ad alta potenza, il raffreddamento a liquido of- fre un trasferimento di calore più efficiente rispetto al raffreddamento ad aria. Nella tabella 2 vengono riportati alcuni valori tipici del coefficiente di trasferimento ter- mico per convezione. Uno dei punti più cruciali nel loro utilizzo è quello di una connessione termica efficace tra il dispositivo e il dissi- patore di calore. A tale scopo si utilizzano diversi metodi di fissaggio, come gli adesivi termici, il fissaggio mecca- nico, la saldatura e le paste termiche. Dissipatori per PCB I dissipatori di calore dei circuiti stampati sono compo- nenti essenziali per la gestione termica poiché dissipa- no il calore in modo efficiente e prevengono problemi di surriscaldamento. La loro funzionalità è focalizzata a ridurre la temperatura di componenti ad alta potenza montati in un circuito in modo da mantenere la tempe- ratura entro limiti operativi sicuri, migliorando l’affida- bilità e la durata del dispositivo. Un dissipatore di calore PCB opera con un raffreddamento conduttivo, in quanto il calore viene trasferito dal dispositivo caldo al dissipa- tore tramite contatto diretto. Esso opera anche con un raffreddamento convettivo, grazie alle alette del dissi- patore che aumentano la superficie esposta al flusso d’a- ria. Esso opera anche con un raffreddamento mediante radiazione, in quanto esso rilascia radiazioni elettro- magnetiche trasferendo calore dalle alette all’ambiente circostante. La progettazione dei dissipatori di calore per PCB implica l’utilizzo di diversi materiali, ciascuno dei quali offre vantaggi e svantaggi. Si usano, quindi, l’al- luminio, molto leggero ed economico, il rame, con una conduttività termica maggiore ma più pesante e costoso, materiali ceramici, caratterizzati da grande una condut- tività termica e isolamento elettrico e, infine, plastiche termicamente conduttive, con una conduttività termica inferiore ma con la possibilità di stampaggio diretto su PCB. Particolare importanza rivestono le alette di raf- freddamento, che aumentano l’area esposta al flusso d’aria. Una maggiore velocità del flusso d’aria sulle alet- te aumenta la dissipazione del calore, sia attraverso la convezione naturale che forzata. Per migliorare la dissi- Tab. 1 – Differenza fra le tre superfici esposte