Cum se menține temperatura scăzută: selecția radiatorului și baza de aplicare
Majoritatea componentelor electronice, în special microprocesoarele și microcontrolerele, continuă să crească în densitatea termică din cauza micșorării continue a dimensiunii lor. Având în vedere că speranța de viață, fiabilitatea și performanța sunt invers proporționale cu temperatura de funcționare a dispozitivului, rezultatul acestei evoluții este că proiectarea și managementul termic au devenit o problemă majoră de proiectare. Prin urmare, este responsabilitatea designerului'de a avea o înțelegere clară a managementului termic eficient și a soluțiilor de radiatoare disponibile pentru a menține temperatura de funcționare a echipamentului în intervalul stabilit de furnizor.
Principiul de funcționare al radiatorului este de a crește suprafața dispozitivului expus lichidului de răcire (aer). Dacă radiatorul este instalat corect, acesta poate reduce temperatura echipamentului prin îmbunătățirea transferului de căldură peste granița aer solid către aerul ambiental mai rece.
Acest articol subliniază alegerea radiatorului și oferă îndrumări privind designul adecvat, selecția componentelor și cele mai bune practici pentru a obține o performanță termică excelentă. De asemenea, descrie ca exemplu soluția de radiator Ohmite'. Majoritatea componentelor electronice, în special microprocesoarele și microcontrolerele, continuă să crească în densitatea termică din cauza micșorării continue a dimensiunii lor. Având în vedere că speranța de viață, fiabilitatea și performanța sunt invers proporționale cu temperatura de funcționare a dispozitivului, rezultatul acestei evoluții este că proiectarea și managementul termic au devenit o problemă majoră de proiectare. Prin urmare, este responsabilitatea designerului'de a avea o înțelegere clară a managementului termic eficient și a soluțiilor de radiatoare disponibile pentru a menține temperatura de funcționare a echipamentului în intervalul stabilit de furnizor.
Principiul de funcționare al radiatorului este de a crește suprafața dispozitivului expus lichidului de răcire (aer). Dacă radiatorul este instalat corect, acesta poate reduce temperatura echipamentului prin îmbunătățirea transferului de căldură peste granița aer solid către aerul ambiental mai rece.
Acest articol subliniază alegerea radiatorului și oferă îndrumări privind designul adecvat, selecția componentelor și cele mai bune practici pentru a obține o performanță termică excelentă. De asemenea, descrie ca exemplu soluția de radiator Ohmite'.
Puterea dintr-un circuit integrat (IC) este disipată sub formă de căldură din joncțiunea tranzistorului activ, iar temperatura joncțiunii este proporțională cu puterea disipată. Producătorul specifică temperatura maximă a joncțiunii, dar este în general în jur de 150°C. Depășirea acestei temperaturi de joncțiune va cauza, în general, deteriorarea dispozitivului, așa că proiectantul trebuie să găsească modalități de a transfera cât mai multă căldură posibil de la IC. Pentru a face acest lucru, se pot baza pe un model destul de simplu pentru a măsura fluxul de căldură. Acest model este similar cu calculul electric al legii lui Ohm, bazat pe conceptul de rezistență termică, cu simbolul θ.
Rezistența termică se referă la rezistența întâlnită atunci când căldura trece de la un mediu la altul. Unitatea sa este Celsius/Watt (°C/W), care este definită după cum urmează:
în:
θ este rezistența termică peste bariera termică în ℃/W. ∆T este diferența de temperatură peste bariera termică în ℃.
P este puterea disipată de nod, în wați. Din aspectul fizic al circuitului integrat și al radiatorului, există multe interfețe termice. Primul este între joncțiune și cazul IC și este reprezentat de rezistența termică θjc.
Radiatorul de căldură este legat de IC utilizând material de interfață termică (TIM) cum ar fi pastă termică sau bandă termică pentru a îmbunătăți conductibilitatea termică între cele două dispozitive. Acest strat conductiv termic are în general o rezistență termică foarte scăzută, care face parte din rezistența termică de la carcasă la radiator și este reprezentată de θcs. Ultimul nivel este interfața dintre radiator și mediul înconjurător, notat cu θsa.
Rezistența termică este ca și rezistențele din circuitele electronice, care sunt conectate în serie. Suma tuturor rezistențelor termice este rezistența termică totală de la joncțiune la aerul ambiant.
În general, furnizorii de circuite integrate vor specifica implicit sau explicit rezistența termică de la joncțiune la carcasă. Această specificație poate fi furnizată sub formă de temperatură maximă a carcasei, eliminând unul dintre elementele de rezistență termică. Proiectantul aplicației IC nu are control asupra caracteristicilor de rezistență termică ale joncțiunii cu carcasă. Cu toate acestea, proiectantul poate selecta caracteristicile TIM și radiator pentru a răci complet CI și a menține temperatura joncțiunii sub temperatura maximă specificată. În general, cu cât rezistența termică a TIM-ului și a radiatorului este mai mică, cu atât temperatura carcasei CI care urmează să fie răcită este mai mică.
Din perspectiva disipării căldurii, alegerea unui calorifer este relativ simplă. După cum sa menționat mai sus, radiatorul din seria Ohmite BG oferă o soluție fezabilă la problema de răcire a circuitelor integrate din pachetele BGA.
