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Denisio

Dissipateurs de chaleur à pins pour multichips

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Bonjour,

En pleine réflexion sur ma prochaine rampe LED, j'évalue différentes options. Etant donné mon cahier des charges perso (variations locale du spectre, de la puissance, de la photopériode, de la position angulaire) j'ai d'abord étudié l'option 6 x multichips (MC) 50W à plusieurs canaux refroidie par dissipateur et ventilateur. Bien sûr, l'inconvénient de ce système est l'encombrement, et surtout le bruit potentiel du ventilateur. Le bruit dans le salon quand le silence de la nuit opère, non, ça c'est impossible. Je vise donc des ventilateurs les plus silencieux possible.

Je pensais qu'au dessus de 20W il était impossible de refroidir passivement. Et puis je suis tombé sur les dissipateurs à aiguille (heatsink pin). Quoi d'neuf docteur ? J'ai pu lire que la technologie n'est pas si récente, mais pour moi, c'est une découverte en récifal. Les dernières avancées autorisent ce type de dissipateur pour refroidir des MC de plus de 100 W.

Il sont en aluminium ou cuivre, parallélépipédiques, cylindriques, pyramidaux, tronconiques… et disposent non pas d'ailettes mais d'aiguilles, les pins, verticaux.

Diss1.jpgDiss2.png

Que disent les vendeurs, pourquoi ces avancées ?

  • Ils sont en aluminium obtenu sous pressage à basse température. La conductivité thermique de cet aluminium "pur" est légèrement meilleure que celle de l'aluminium extrudé et bien plus importante que celle des alliages d'aluminium destinés au moulage à chaud. Sans microbulle ni porosité interne… Cette technique permet des formes impossibles par moulage, avec des rapports longueur largeur très importants comme les pins. Contrairement à certains dissipateurs où les ailettes sont fixées ou collées à leur base, ici les pins forment un tout avec leur embase, sans barrière thermique.
  • La forme des pins offre une grande surface d'échange,
  • La forme des pins permet à l'air de passer au travers de la forêt de pins, quelle qu'en soit la direction. Les échanges air/métal ont lieu de toutes part. Les ailettes, elles, forment un barrage à l'air dont le flux leur est perpendiculaire. Ainsi, les dissipateurs à pins sont particulièrement adaptés aux faibles débits d'air 0.5 m/s (sans toutefois tomber dans l'absence d'air).

Les points marquants

  • L'absence de bruit d'un dissipateurs passif
  • La simplicité de mise en œuvre
  • Ils sont disponibles en surfaces anodisées
  • Parfois pré percés pour vissage des optiques
  • Possibilité d'utiliser des clips de montage des MC comme chez Radian
  • Possibilité de sur mesure comme chez MHS ou ATS

Quelques inconvénients :

  • Plus chers qu'une solution dissipateur +ventilateurs… le prix du silence. Le tarif reste raisonnable cependant. On peut par exemple trouver de tels dissipateurs diamètre 140 mm hauteur 60 mm pour MC 50W entre 20 € chez Ali et 40 €.
  • Un peu plus volumineux en diamètre et hauteur.
  • Peut-être, dans certains cas leur fixation
  • Les performances de refroidissement ne sont pas toujours disponibles. On peut cependant les simuler sur ce type de calculateur.
  • Dans l'hypothèse d'un flux d'air ambiant nul il faudra peut-être, à mon avis, mettre en place un petit ventilateur d'ambiance.

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Bonjour Denisio,

Tu as avancé dans ta reflexion avec ce type de dissipateur ?

Ayant déménagé il y a bientôt deux ans et commencant à sortir la tête de l'eau niveau travaux (c'est le prix du caf, je refait la baraque et aprés, je peux faire ce que je veux comme bac ;) enfin, non pas complétement, mais, j'ai quand même droit à une belle baignoire !)

Donc pour faire bref, mon bac actuel n'a pas la forme qui convient au nouvel emplacement, donc changement de cuve à prévoir à un moment (en grattant 500L au passage ;)).

Projet pour l'an prochain probablement, mais je commence à réfléchir un peu niveau matos et projet. Actuellement j’éclaire un 1000L de 210x70x70 avec 6 evergrow (elles doivent avoir 3 ans environ, marchent toujours toute très bien, mais n'ont jamais été poussée à plus de 50 ou 60%).

La nouvelle cuve fera surement 180*130*70 (tout ça à cause de 2 portes pas assez éloignées...). donc dans les 1600L brut.

Enfin bref, tout ca pour dire que j'hésite entre des rampes commerciales que je trouve toujours autant hors de prix et du DIY...

Et une solution à base de multichip de 50W qui auraient une durée de vie correcte car bien refroidis me parait inintéressante (souder de la led single chip pour ma taille de bac serait un boulot de titan qui ne me motive pas trop...)

 

 

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Bonjour,

 

Voilà un sujet intéressant, je ne connais pas ce type de dissipateur (a quoi m'auraient-il servit sur mes 800w d'HQI?😁 ), mais la solution multichips multi-canaux m’intéresse... Je vais suivre de près 😏

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Il y a 23 heures, Pierrot91 a dit :

Bonjour Denisio,

Tu as avancé dans ta reflexion avec ce type de dissipateur ?

Oui. J'utiliserai effectivement ce type de dissipateurs, diamètre 133 mm , sur lesquels je monterai des multichips 50W, 3 voies. Pour 1000L (180 x x90 x 65 cm) j'en mettrai 10 (9 auraient suffi). Je rajouterai toutefois un petit ventilateur type PC pour créer un léger courant d'air dans la galerie, indispensable au bon fonctionnement de ces dissipateurs. L'avenir dira s'ils tiennent toutes leurs promesses.

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Tu as trouvé des infos détaillées sur la capacité de dissipation (résistance thermique etc...) ? parce que à part une taille et un poids d'alu, je ne trouve rien de très significatif. c'est annoncé 50W, mais c'est un peu vague ! (je fait toujours très confiance aux infos sur les sites chinois ;))

J'aimerai bien pouvoir estimer les T°C de jonction des leds en fonction de la puissance à laquelle on les alimente etc...

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Je n'ai  pas non plus une confiance aveugle aux infos chinoises. J'ai trouvé peu d'infos. Eventuellement ICI, quelques données sur des dissipateurs similaires, ou ICI , ou encore LA… Une valeur ICI que je ne sais pas interpréter. Sinon peut-être ton bonheur ICI

Il semble que la résistance thermique avoisine 0.08°C/W pour un carré de 127 mm sous léger flux d'air. Ca me parait très peu.

Dis moi ce que tu en conclues.

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Bon je suis allé voir ça, et je me suis rendu compte que je ne suis plus bon à rien dans le domaine, il va falloir se remettre dedans !

J'avais fait une rampe DIY à base de CREE qui a très bien marché des années jusqu'à ce que je l’arrête suite à déménagement, donc j'ai su faire, mais la sur le coup, c'était dur, j'avais surtout l'impression qu'il me manquait plein d'info pour voir si c'était viable.

A vu de nez les design classique que je connaissait avec LED sur PCB, puis PCB sur radiateur, même avec un PCB métal avait pour résultat de cramer la multichip assez vite (trop de couche, trop de résistances thermiques...)

Et donc j'ai trouvé ce doc qui explique comment doivent être utilisées les leds....

https://www.cree.com/led-components/media/documents/CXA_design_guide.pdf

et qui confirment mon intuition, ici, on limite sérieusement les couches !

Je n'ai pas tout lu, mais la doc parait intéressante, entre autre elle indique qu'on peut mesurer la T°C de jonction assez facilement car il y a un connecteur thermocouple, ce qui est extrêmement intéressante pour prototyper le truc !!!

Je n'avais pas prévu de me lancer la dedans maintenant, mais je vais quand même me pencher un peu sur le sujet je pense !

 

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au passage, ma conclusion :

Effectivement la résistance thermique est très bonne, mais il faut un peu de ventilo (sinon on se prend facilement x2 ou x3), mais aussi bonne soit elle, le problème risque de venir des autres composants (si on était sur les montages que je connaissai avec PCB etc, on se prenait facilement 10 ou 20°C/W, et c'était ca qui était très problématique).

normalement avec une seule interface entre le dissipateur et le chip comme expliqué dans le doc précédent, ca va aider, mais il ne faudra pas faire de compromis dessus !

Le souci pour calculer la dissipation effective du bousin, enfin l'estimer, çà sera plutôt de calculer la surface de contact avec l'air, et là, bof... ça me gonfle de devoir compter les pin et estimer leur diamètre car à priori pas souvent indiqué !

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Bon, j'ai rapidement finit de survoler la doc CREE, et je pense que le point problématique sera l'état de surface du dissipateur. Selon leur doc, s'il n'y a pas eu polissage fin, l'état de surface ne permettra pas d'avoir une conductivité thermique suffisante.

Tu as du papier de verre de carrossier ? ;)

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Il y a 13 heures, Pierrot91 a dit :

Bon, j'ai rapidement finit de survoler la doc CREE, et je pense que le point problématique sera l'état de surface du dissipateur. Selon leur doc, s'il n'y a pas eu polissage fin, l'état de surface ne permettra pas d'avoir une conductivité thermique suffisante.

Tu as du papier de verre de carrossier ? ;)

Bonjour, 

Quand on voit la surface de ce dissipateur, brut d'usinage, on peut facilement comprendre que les ponts thermique sont difficilement évitable utilisé tel quel...

10-50w-haute-puissance-led-dissipateur-d

Rien qu'en touchant l'écran, on sent les creux et bosses :lol!:

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oui, celui là, il faut le repasser à la meule ;)

Ils recommandent 10 micron max de rugosité (faudra vérifier la def technique mais ça doit être l"'écart max entre les creux et les bosses.

D’après leur tableau, j'imagine qu'il faut tabler sur un abrasif avec un grain de 2000 ou plus pour avoir ce résultat.

Rien d'insurmontable, mais si tu n'as pas potassé un peu les docs et recommandations et que tu te lances bille en tête, tu te fait une super rampe.... qui va durer 1 an avant de commencer à perdre des chips, et tu va te demander pourquoi...

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Le 11/16/2019 à 3:51 PM, Pierrot91 a dit :

oui, celui là, il faut le repasser à la meule ;)

Ils recommandent 10 micron max de rugosité (faudra vérifier la def technique mais ça doit être l"'écart max entre les creux et les bosses.

D’après leur tableau, j'imagine qu'il faut tabler sur un abrasif avec un grain de 2000 ou plus pour avoir ce résultat.

Rien d'insurmontable, mais si tu n'as pas potassé un peu les docs et recommandations et que tu te lances bille en tête, tu te fait une super rampe.... qui va durer 1 an avant de commencer à perdre des chips, et tu va te demander pourquoi...

Une pâte thermique ne compense pas ces rugosités ?

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Il y a 9 heures, chprieur a dit :

Une pâte thermique ne compense pas ces rugosités ?

justement non pas complétement (c'est comme sur les Proco de PC, la couche doit être la plus fine possible), selon la doc, l'épaisseur de la pâte thermique compte et intervient de façon linéaire dans la conduction de la chaleur :

10µm de pâte thermique vs 20µm de la même pâte = 2 fois plus de résistance thermique.

En fait, c'est à ce niveau que se fait le goulet d'étranglement de la dissipation thermique. La surface de transfert est très faible, on ne peut pas jouer dessus et une quantité importante de chaleur doit transiter par là.

Pour simplifier, 10 ou 20% d'épaisseur en "plus"  avec un ordre de grandeur de 50W à dissiper, ça peut vite représenter quelques watts qu'on évacue pas, et à l'échelle de la quantité de matière très faible de la LED, ça va au fil du temps représenter un échauffement notable.

Pour rappel les caractéristiques de fonctionnement des LED sont données pour une T°C de jonction de 85°C, c'est une température qui est données par les constructeurs, et donc comme toujours dans ces cas là, c'est de la condition de laboratoire (en exagérant un peu, on fait tourner la led dans un congélo avec un radiateur de 2KG et 2M² de surface spécifique collé au c...).

Pour résumer, globalement les 85°C sont difficiles à respecter. Et au delà de 100 ou 110 °C, on commence à dégrader la LED et a réduire sa durée de vie.

Sur une rampe led, tout se joue sur la dissipation thermique, et on a une plage de manœuvre de 15 à 20°C max.

Accessoirement ce point explique pourquoi de très nombreux éclairages led ne tiennent pas leur promesses en terme de durée de vie. Même si la rampe semble dissiper beaucoup de chaleur et parait efficace (ou au contraire, le radiateur chauffe peu... peut être parce que la chaleur reste au niveau de la LED), il suffit qu'un ou plusieurs éléments de la chaine de conduction thermique ne soient pas à la hauteur, et ça suffit à ce que 1 ou 2W ne soient pas dissipés alors qu'il le faudrait et que cette puissance suffise à faire chauffer la jonction de 10 ou 20°C de trop au bout de quelques heures...

 

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Il y a 13 heures, olivier26 a dit :

Bonjour,

Existe t'il une pâte thermique "plus efficace" qu'une autre, en d'autres termes est ce que certains composants de cette pâte permettrait un transfert de chaleur plus efficace ?

olivier

Indépendamment de l'épaisseur de pâte qui comme l'explique Pierrot joue sur les performances de l'assemblage, sur le papier, toutes les pâtes thermiques n'ont pas la même conductivité. J'avais choisit la mienne sur la base de ce paramètre et j'étais tombé sur la Halnziye HY880 ... reste à savoir si les caractéristiques affichées sont fiables mais c'est un autre débat.

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Il y a effectivement des écarts notables de performance entre les pâtes thermiques, et il y a plusieurs type de formulation derrière, par exemple les pâtes contenant des particules métalliques, donc très conductive thermiquement parlant, mais généralement aussi conductives d'un point de vue électrique (ce qui est rédhibitoire dans certains cas de figure).

Effectivement il faut regarder les caractéristiques annoncées, en restant critique, et sinon une source d'information probablement assez valable est le milieu de l'overclocking (pas mal de gens font des tests relativement indépendants la dessus, les CPU de PC étant équipés de capteur de température, il est assez simple de faire des comparatifs de pâtes thermiques)

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