Dissipateur thermique en cuivre ou en aluminium?

Quel serait un meilleur dissipateur thermique à acheter, du cuivre ou de l'aluminium? Que fait le cuivre que l'aluminium ne fait pas? Je sais qu'il est plus cher et plus lourd, alors quel est l'avantage du cuivre?

EDIT: plus de détails sur l'application. J'ai besoin d'un dissipateur thermique pour un module peltier TEG, le côté cool. La source d'énergie est simplement la chaleur de votre main, venant du côté chaud. Pour l'empêcher de neutraliser les deux côtés du peltier, j'utilise des dissipateurs thermiques pour refroidir l'autre côté. Par conséquent, j'ai besoin du dissipateur thermique le plus puissant disponible pour que le Peltier produise plus de tension.

Vous avez beaucoup de bonnes informations des utilisateurs ci-dessus! Veuillez considérer ma réponse comme significative et un peu complémentaire aux conseils que vous avez déjà:

Le matériau d'interface thermique (TIM) peut compter autant et facilement plus que le matériau que vous choisissez pour votre dissipateur thermique! Je dis cela par expérience et en testant personnellement des dizaines de types et de variétés de matériel d'interface. Votre budget, vos méthodes de fixation et d'autres paramètres de conception limiteront probablement vos choix en fonction d'un type spécifique de TIM. Par exemple: une pâte nécessite une fixation mécanique du dissipateur thermique et pas un adhésif. Certains matériaux sont salissants et difficiles à utiliser, mais fonctionnent bien et certains éléments sont presque sans valeur dans leurs performances et peuvent ou non être faciles à utiliser.

Je dirais avec beaucoup de confiance que le TIM que vous utilisez peut facilement avoir plus d'importance que si vous utilisez du cuivre ou de l'aluminium. Pas dans tous les cas, mais les différences de performances peuvent être surprenantes.

La recherche de matériaux populaires et bien examinés pour CPU / dissipateurs thermiques peut vous offrir de bonnes options.

Bonne chance!

Le cuivre a une meilleure conductivité thermique.

Aluminium - $\mathrm{ 200 \frac {W} {m\cdot K} }$
Copper -$\mathrm{ 400 \frac {W} {m\cdot K} }$
(d'ici, aussiici)

Mais la conductivité thermique à l'intérieur du matériau solide n'est qu'une partie de l'histoire. Le reste de l'histoire dépend de l'endroit où l'on veut déverser la chaleur.

Liquide de refroidissement

Le radiateur en cuivre (on peut aussi l'appeler bloc de transfert de chaleur) fonctionnera mieux que l'aluminium.

Air à convection forcée

En d'autres termes, un ventilateur souffle sur le dissipateur thermique. Le radiateur en cuivre fonctionnera mieux que l'aluminium.

Air à convection naturelle

J'ai gardé le meilleur pour la fin. Il semble également que ce soit le cas de l'OP.

Avec de l'air de convection naturelle , le radiateur en cuivre ne fonctionne que de façon marginale ^une meilleure (en ° C / W) que l' aluminium. En effet, le goulot d'étranglement n'est pas dans le transfert avec du métal. Lorsque vous avez de l'air avec une convection naturelle, le goulot d'étranglement est dans le transfert entre le métal et l'air, et c'est la même chose pour Al et Cu.

¹ _{Je pourrais ajouter que l'augmentation marginale ne vaut souvent pas le coût du Cu.}

Cette courbe montre la relation non linéaire entre le transfert de chaleur et la conductivité thermique du matériau. La courbe est générique. Elle s'applique à toute application ayant à la fois des composants de conduction et de convection au transfert de chaleur total. [Le rayonnement est généralement faible et est ignoré dans ce calcul.] La forme de la courbe est la même quelle que soit l'application. Les valeurs quantitatives sur les axes ne sont pas affichées car elles dépendent de la puissance, de la taille de la pièce et des conditions de refroidissement par convection. Ils deviennent fixes pour une application et un ensemble de conditions donnés. Il est évident d'après la forme de la courbe que le transfert de chaleur dépend de la conductivité thermique du matériau, mais il y a aussi un point, un genou dans la courbe, où l'augmentation de la conductivité thermique produit une amélioration négligeable du transfert de chaleur .
( source , c'est moi qui souligne NA)

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

E2 est le plastique ( source )

C'est une question complexe, avec de nombreux facteurs. Regardons quelques propriétés physiques:

• conductivité thermique ($\mathrm{W \over m\cdot K}$)
  • cuivre: 400
  • aluminium: 235
• capacité calorifique volumétrique ($\mathrm{J \over cm^3 \cdot K }$)
  • cuivre: 3,45
  • aluminium: 2,42
• densité ($\mathrm{g \over cm^3}$)
  • cuivre: 8,96
  • aluminium: 2,7
• indice anodique ($\mathrm V$)
  • cuivre: -0,35
  • aluminium: -0,95

Que signifient ces propriétés? Pour toutes les comparaisons qui suivent, considérons deux matériaux de géométrie identique.

La conductivité thermique plus élevée du cuivre signifie que la température à travers le dissipateur thermique sera plus uniforme. Cela peut être avantageux car les extrémités du dissipateur thermique seront plus chaudes (et donc rayonneront plus efficacement), et le point chaud attaché à la charge thermique sera plus froid.

La capacité de chaleur volumétrique plus élevée du cuivre signifie qu'il faudra une plus grande quantité d'énergie pour augmenter la température du dissipateur de chaleur. Cela signifie que le cuivre est capable de "lisser" la charge thermique plus efficacement. Cela peut signifier que de brèves périodes de charge thermique entraînent une température de pointe plus basse.

La densité plus élevée du cuivre le rend évidemment plus lourd.

L'indice anodique différent des matériaux pourrait rendre un matériau plus favorable en cas de corrosion galvanique est un problème. Ce qui est plus favorable dépendra des autres métaux en contact avec le dissipateur thermique.

Sur la base de ces propriétés physiques, le cuivre semble avoir des performances thermiques supérieures dans tous les cas. Mais comment cela se traduit-il en performances réelles? Nous devons prendre en compte non seulement le matériau du dissipateur thermique, mais la façon dont ce matériau interagit avec l'environnement ambiant. L'interface entre le dissipateur thermique et son environnement (l'air, généralement) est très importante. De plus, la géométrie particulière du dissipateur thermique est également importante. Nous devons considérer toutes ces choses.

Une étude de Michael Haskell, Comparating the Impact of Different Heat Sink Materials on Cooling Performance, a effectué des tests empiriques et informatiques sur des dissipateurs thermiques en aluminium, en cuivre et en graphite de géométrie identique. Je peux grossièrement simplifier les résultats: (et j'ignorerai le radiateur en mousse de graphite)

Pour la géométrie particulière testée, l'aluminium et le cuivre avaient des performances très similaires, le cuivre étant juste un peu meilleur. Pour vous donner une idée, à un débit d'air de 1,5 m / s, la résistance thermique du cuivre du réchauffeur à l'air était de 1,637 K / W, tandis que l'aluminium était de 1,677. Ces chiffres sont si proches qu'il serait difficile de justifier le coût et le poids supplémentaires du cuivre.

Au fur et à mesure que le radiateur devient grand par rapport à la chose à refroidir, le cuivre gagne un avantage sur l'aluminium en raison de sa conductivité thermique plus élevée. Cela est dû au fait que le cuivre est capable de maintenir une distribution de chaleur plus uniforme, tirant la chaleur vers les extrémités plus efficacement et utilisant plus efficacement toute la zone rayonnante. La même étude a effectué une étude informatique pour un grand refroidisseur de CPU et calculé des résistances thermiques de 0,57 K / W pour le cuivre et de 0,69 K / W pour l'aluminium.

La conductivité thermique du cuivre est presque 60% supérieure à celle de l'aluminium. Cela signifie qu'un dissipateur de chaleur en cuivre sera beaucoup plus efficace pour éliminer la chaleur qu'un dissipateur en aluminium.

Ce que vous choisissez est une question de compromis: les dissipateurs de chaleur en alumimium sont moins chers et plus légers, et sont donc le premier choix pour la conception à usage général. Cependant, là où vous devez éliminer de grandes quantités de chaleur dans peu d'espace, le cuivre peut être préférable.

Cependant, il n'est pas possible de faire une comparaison absolue entre les deux matériaux sans connaître l'application spécifique et les autres contraintes de la conception spécifique auxquelles le dissipateur thermique doit être adapté.

Il y a d'autres facteurs à garder à l'esprit (y compris l'environnement dans lequel le dissipateur de chaleur doit "vivre").

Le cuivre peut mieux conduire la chaleur que l'aluminium, mais le couplage thermique entre la source de chaleur et le dissipateur de chaleur, ainsi qu'entre le dissipateur de chaleur et le «monde extérieur» doit être pris en considération.

Par exemple, le dissipateur thermique est-il couplé à de l'air libre à travers de petites ailettes? Ou est-il couplé à une sorte de liquide de refroidissement circulant dans un tube? La convection est-elle impliquée dans le processus d'évacuation de la chaleur ou le rayonnement thermique est-il le mécanisme principal (pensez aux sondes spatiales, dans un cas extrême). L'environnement est-il susceptible de provoquer de la corrosion (dispositifs sous-marins; dispositifs à l'intérieur d'un réacteur chimique)? Certains alliages sont plus résistants à certains types de corrosion que d'autres.

Le cuivre a environ entre 50% et le double de la conductivité thermique de l'aluminium selon l'alliage, donc pour une performance donnée, un dissipateur thermique en cuivre peut avoir la moitié de la taille d'un dissipateur en aluminium.

Cependant, le cuivre est beaucoup plus cher que l'aluminium et un peu plus difficile à fabriquer, il est donc plus coûteux à produire. Dans certains cas, la petite taille vaut la peine d'être payée.