Alegerea radiatorului și baza de aplicare
Majoritatea componentelor electronice, în special microprocesoarele și microcontrolerele, au continuat să crească în densitatea termică datorită micșorării continue a dimensiunii. 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 radiator 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.
1. Circuit termic
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 (Figura 1).
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. Prima se află între joncțiune și cazul IC și este reprezentată 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, exprimată prin 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 alege 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 și a radiatorului este mai mică, cu atât temperatura carcasei IC'de răcire este mai mică.
2 Exemplu de selecție a radiatorului
Radiatoarele de căldură din seria BG furnizate de Ohmite sunt proiectate pentru a fi utilizate în unitatea centrală de procesare (CPU), unitatea de procesare grafică (GPU) sau procesoare similare cu un substrat de pachet pătrat (Figura 1). 2).
Există 10 tipuri de modele de radiatoare în această serie, cu substraturi care se potrivesc configurațiilor comune IC, variind ca dimensiune de la 15 × 15 milimetri (mm) la 45 × 45 mm și suprafețe ale aripioarelor variind de la 2.060 la 10.893 mm2 (Tabelul 1). Aceste radiatoare conforme cu RoHS sunt realizate din aliaj de aluminiu 6063-T5 anodizat negru.
Concluzii finale
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.
