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Cómo se fabrica un disipador

Si quiere saber cómo se fabrica un disipador, aquí tienes las claves sobre esta pieza maestra en cuanto a la refrigeración se refiere. Gracias a ellos se puede eliminar una buena cantidad de calor para mantener la temperatura adecuada en dispositivos tan importantes como la CPU, la GPU, el chipset, e incluso también en algunos módulos de memoria RAM y SSDs.

¿Qué es un disipador? (Refrigeración pasiva por aire)

ordenador refrigeración pasiva

Un disipador térmico es un elemento de la refrigeración que está fabricado en un buen conductor térmico para poder disipar el calor generado por una fuente y así tratar de controlar la temperatura en dicha fuente de calor.

Lo que buscan estos disipadores es tener la mayor superficie en contacto con el aire para una mejor disipación, y esto se consigue usando láminas para distribuir el calor por  una gran superficie (en comparación con un bloque de metal macizo).

Dicho de otro modo, los disipadores de calor son intercambiadores de calor pasivos que canalizan el calor generado por los dispositivos electrónicos o mecánicos hacia un medio fluido, normalmente aire o líquido refrigerante, donde se disipa lejos del dispositivo, permitiendo así un control óptimo de la temperatura del mismo. Los disipadores de calor absorben el calor generado por los componentes electrónicos y los chips utilizados en los dispositivos electrónicos y lo eliminan mediante la convección.

Un disipador de calor debe tener una gran conductividad térmica, ya que está diseñado para absorber y dispersar el calor de un objeto caliente, como la CPU de un ordenador. Algunos disipadores también se ayudan de la refrigeración líquida pasiva, con conductos o heatpipes que tienen un líquido que puede cambiar de fase a vapor para absorber la temperatura generada por el foco de calor.

Los disipadores de calor se utilizan en dispositivos semiconductores de alta potencia (como los transistores de potencia) y en dispositivos optoelectrónicos (como los láseres y los LED), donde la capacidad de dispersión del calor del propio componente no es suficiente para regular su temperatura.

Recuerda, técnicamente, los disipadores de calor son dispositivos metálicos que aumentan el área efectiva de las superficies que se disipan y, por tanto, aumentan la velocidad a la que se elimina el calor frente a su generación.

Por otro lado, debería ir acompañado de una interfaz para mejorar el contacto físico entre la superficie del objeto a enfriar y la superficie del disipador que hace contacto con ella. Y es que, mejorando el contacto entre ambas también se mejora la conducción. Por este motivo, se emplean pastas térmicas.

Parámetros de los disipadores

Existen algunos parámetros interesantes por conocer y que deberías hacerlo si quieres comprender cómo funciona bien un disipador, como:

Resistencia térmica y Resistividad térmica

La resistividad térmica de un objeto o material se utiliza para determinar la diferencia de temperatura midiendo la cantidad de calor que se resiste a fluir. Se utiliza para describir la capacidad de un material para resistir el flujo de calor. Cuando se trata de materiales homogéneos, la conductividad térmica es la relación entre el espesor del material y su conductividad térmica; en los materiales no homogéneos, es la inversa de la conductividad, que es la media ponderada de los coeficientes de conductividad de sus elementos constitutivos.

Conductancia térmica y Conductividad térmica

El valor K indica la cantidad de calor que se transmite a través de una unidad de espesor de un material cuando la diferencia de temperatura entre las dos caras es de un grado; equivale a 1/R (total) = K. El valor K también se conoce como conductancia térmica.

Mejores materiales para fabricar disipadores

Según los valores anteriores de cada material, existen algunos materiales que son más aptos para fabricar disipadores, aunque algunos no se utilicen por su alto coste:

  • Diamante
  • Oro
  • Plata
  • Cobre
  • Aluminio
  • Nitruro de aluminio
  • Carburo de silicio
  • Tungsteno
  • Grafito
  • Cinc
  • Latón
  • Acero
  • Bronce

Por lo general, los disipadores están fabricados en aluminio y/o cobre, según el modelo. Dos de los mejores materiales en cuanto a conducción térmica que existen y que no tienen precios tan elevados como el oro. No obstante, algunos modelos han probado con baños de oro también para mejorar la disipación, aunque no es algo común. Generalmente, los fabricantes se centran más en cuestiones de diseño de la estructura para mejorar la disipación que en los materiales, que es algo más estándar.

¡Cuidado a la hora de elegir pasta térmica con la composición de tu disipador! Algunos compuestos de estas pastas podrían reaccionar con ciertos metales. Siempre deberás asegurate de que son compatibles con el material de tu disipador.

Me gustaría aclarar que los de aluminio usan aleaciones como la 1050, la 6060, 6061 o la 6063. La 1050 es la que mejor conductividad térmica tiene, pero también es la menos fuerte. Las otras tienen peor conductividad térmica pero son más resistentes a nivel mecánico.

Los de cobre también tienen buena resistencia a la corrosión, son antimicrobianos, y tienen propiedades muy deseables para este tipo de aplicaciones. Por eso son usados en algunos disipadores premium, algo más caros que los de aluminio, pero con mejores resultados.

Tipos de disipador

Los disipadores de calor tienen diferentes tipos que deberías conocer antes de seguir con la fabricación de los mismos:

  • Pin-fin: Los disipadores de calor con aletas tienen clavijas que sobresalen de la base. Ofrecen la mayor superficie de todos los tipos de disipadores de calor y son los mejores en situaciones de bajo flujo de aire (o flujo de aire aleatorio/multidireccional). Los pines pueden tener diferentes formas cilíndricas, elípticas, cuadradas, etc. Este tipo de disipador lo verás cuando solo se usa disipación por aire pasiva, como en algunos miniPCs fanless, portátiles, o en el chipset de la placa base.
  • Aleta de placa: Más comunes que los anteriores. Disponen de aletas con formas rectangulares que se extienden desde la base. Son el mejor tipo de disipador cuando el flujo de aire es unidireccional. Es decir, para sistemas con disipación por aire activa (con ventilador).
  • Aletas acampanadas: Una variación del disipador de calor de aleta de plana anterior, los disipadores de calor de aleta acampanada tienen una disposición de aleta acampanada y disminuyen la resistencia al flujo de aire. No obstante, estos no son tan comunes.
  • Con heatpipes: algunos disipadores, para mejorar su eficiencia han agregado heatpipes, unos tubos con un líquido que cambia de fase a vapor para actuar como un intercambiador de calor. Es decir, es una combinación de la disipación y la refrigeración líquida pasiva (sin bomba que mueva el líquido).

Factores que afectan al rendimiento del disipador

Existen algunos factores que pueden afectar al desempeño de un disipador:

  • Material empleado
  • Tamaño del disipador (mientras más grande, mejor)
  • Tipo y número de labrados
  • Distancia entre los labrados
  • Coeficiente de transferencia térmica
  • El flujo de aire y aerodinámica si van acompañados de ventiladores (caudal, velocidad, diseño de las aspas…)

Recuerda que debes mantener tus sistemas de refrigeración limpios y con la pasta térmica en buen estado (renovarla cada cierto tiempo). De lo contrario, ninguno de los esfuerzos de los fabricantes por crear buenos productos servirán de mucho si la suciedad está obstruyendo los conductos y canales del disipador.

Cómo se fabrica un disipador

Por último, en este vídeo puedes ver cómo se fabrica un disipador y los ventiladores de la marca Cooler Master para los procesadores AMD. Para ello, el vídeo te sumerge dentro de la fábrica de esta conocida marca.

Métodos de fabricación

Si te preguntas por cómo se fabrica un disipador, la verdad es que puede variar en función del tipo y modelo. Pero los métodos de manufactura más populares son:

  • Extrusión: a veces también se pueden usar métodos de extrusión para hacer pasar el metal caliente a través de una matriz de acero y formar así la forma que se desea. Esto es especialmente útil para los disipadores de aluminio 1050, que su ductibilidad lo permite, permitiendo tener un disipador eficaz, rápido y económico. Además, estos disipadors suelen anodizarse antes de ser usados.
  • Cortado: también se pueden cortar láminas del material para las aletas del disipador. Es una fabricación muy común, y se consiguen aletas mucho más finas y compactas que por los métodos de extrusión, incluso si los materiales no son tan dúctiles. También proporciona una buena rugosidad de superficie y permite aumentar la superficie de contacto para la disipación total. Sin embargo, necesitarán un proceso de montaje posterior.
  • Fundición: otro método que se usa es verter metal fundido en un molde para fabrica rel disipador de aluminio, zinc, o de cobre. Estos disipadores pueden tener un gran nivel de complejidad y tienen excelentes propiedades mecánicas.
  • Fresado CNC: las máquinas CNC como las fresadoras también se emplean para fabricar disipadores a partir de un bloque sólido de aluminio o de cobre. Además, el fresado avanzado puede generar casi cualquier forma geométrica. Estos mecanizados suelen ser las alternativas más caras para producir en grandes cantidades, por lo que no es el método más popular entre todos los citados aquí.
  • Impresión 3D: también existen avances en la fabricación aditiva para fabricar disipadores de metal usando estos métodos. Las impresoras 3D no solo pueden fabricar plásticos, también pueden hacerlo de otros muchos materiales como los metales (cobre, aluminio,…). Estas impresoras usan polvo para ir depositando y generar la forma de la pieza y más tarde realizar un horneado o proceso de fusión para unir el metal y que sea de una sola pieza. Esto es también positivo para generar formas complejas que no se pueden producir por los métodos anteriores.

Ahora ya conoces más secretos sobre la fabricación de los disipadores que ahora mismo estás usando en tus equipos informáticos… ¿Imaginabas que se hacían de esta forma?

Isaac Romero Torres

Más de una década trabajando en el ámbito de la investigación sobre arquitecturas y microarquitecturas de CPUs, de la electrónica, la lógica digital, de los sistemas operativos Unix (con los que trabajé como asesor para algunas empresas), programación de MCUs, PLCs, hacking, etc.
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