Dobór grzejników i podstawa zastosowania
Większość komponentów elektronicznych, zwłaszcza mikroprocesorów i mikrokontrolerów, stale zwiększała gęstość termiczną z powodu ciągłego zmniejszania się rozmiaru. Biorąc pod uwagę, że oczekiwana żywotność, niezawodność i wydajność są odwrotnie proporcjonalne do temperatury roboczej urządzenia, wynikiem tej ewolucji jest to, że projektowanie i zarządzanie temperaturą stały się głównym problemem projektowym. Dlatego to projektant' jest odpowiedzialny za jasne zrozumienie efektywnego zarządzania ciepłem i dostępnych rozwiązań radiatora w celu utrzymania temperatury roboczej sprzętu w zakresie określonym przez dostawcę.
Zasada działania chłodnicy polega na zwiększeniu powierzchni urządzenia narażonej na działanie chłodziwa (powietrza). Prawidłowo zainstalowany grzejnik może obniżyć temperaturę sprzętu, poprawiając przenoszenie ciepła przez granicę powietrza stałego do chłodniejszego powietrza otoczenia.
1. Obwód termiczny
Moc w układzie scalonym (IC) jest rozpraszana w postaci ciepła z aktywnego złącza tranzystora, a temperatura złącza jest proporcjonalna do rozpraszanej mocy. Producent podaje maksymalną temperaturę złącza, ale generalnie wynosi ona około 150°C. Przekroczenie tej temperatury złącza generalnie spowoduje uszkodzenie urządzenia, więc projektant musi znaleźć sposób na odprowadzenie jak największej ilości ciepła z układu scalonego. W tym celu mogą polegać na dość prostym modelu do pomiaru przepływu ciepła. Model ten jest podobny do elektrycznego obliczenia prawa Ohma', opartego na pojęciu oporu cieplnego, o symbolu θ (rysunek 1).
w:
θ to opór cieplny w poprzek bariery termicznej w ℃/W.
∆T to różnica temperatur na barierze termicznej w ℃.
P to moc rozpraszana przez węzeł w watach.
Od fizycznego rozmieszczenia układu scalonego i radiatora, istnieje wiele interfejsów termicznych. Pierwsza znajduje się między złączem a obudową układu scalonego i jest reprezentowana przez opór cieplny θjc.
Radiator jest połączony z układem scalonym za pomocą materiału interfejsu termicznego (TIM), takiego jak pasta termoprzewodząca lub taśma termoprzewodząca, aby zwiększyć przewodność cieplną między dwoma urządzeniami. Ta warstwa przewodząca ciepło ogólnie ma bardzo niski opór cieplny, który jest częścią oporu cieplnego od powłoki do radiatora, wyrażonego przez θcs. Ostatni poziom to granica między grzejnikiem a otoczeniem, oznaczona przez θsa.
Rezystancja termiczna jest jak rezystory w obwodach elektronicznych, które są połączone szeregowo. Suma wszystkich oporów cieplnych to całkowity opór cieplny od złącza do otaczającego powietrza.
Ogólnie rzecz biorąc, dostawcy układów scalonych pośrednio lub bezpośrednio określają opór cieplny od złącza do obudowy. Specyfikację tę można podać w postaci maksymalnej temperatury obudowy, eliminując jeden z elementów oporu cieplnego. Projektant aplikacji IC nie ma wpływu na charakterystykę oporu cieplnego złącza do obudowy. Jednak projektant może wybrać funkcje TIM i radiatora, aby w pełni schłodzić układ scalony i utrzymać temperaturę złącza poniżej określonej temperatury maksymalnej.Ogólnie rzecz biorąc, im mniejsza rezystancja termiczna TIM i radiatora, tym niższa temperatura obudowy IC', która ma być chłodzona.
2 Przykład doboru grzejnika
Radiatory z serii BG dostarczane przez firmę Ohmite są przeznaczone do użytku w procesorach (CPU), procesorach graficznych (GPU) lub podobnych procesorach z kwadratowym podłożem (rysunek). 2).
W tej serii dostępnych jest 10 typów konstrukcji radiatorów, z podłożami pasującymi do typowych konfiguracji układów scalonych, o wymiarach od 15×15 mm (mm) do 45×45 mm i powierzchni żeber od 2060 do 10 893 mm2 (tabela 1). Te zgodne z dyrektywą RoHS radiatory są wykonane z anodyzowanego na czarno stopu aluminium 6063-T5.
Uwagi końcowe
Z punktu widzenia odprowadzania ciepła wybór grzejnika jest stosunkowo prosty. Jak wspomniano powyżej, radiator z serii Ohmite BG stanowi wykonalne rozwiązanie problemu chłodzenia układów scalonych w pakietach BGA.
