Як підтримувати низьку температуру: вибір радіатора і основа застосування
Більшість електронних компонентів, особливо мікропроцесорів і мікроконтролерів, продовжують збільшувати теплову щільність через постійне зменшення їх розмірів. З огляду на те, що тривалість життя, надійність і продуктивність обернено пропорційні робочій температурі пристрою, результатом цієї еволюції є те, що тепловий дизайн і керування стали основними проблемами дизайну. Тому конструктор' відповідає за чітке розуміння ефективного управління температурою та доступних радіаторних рішень для підтримки робочої температури обладнання в діапазоні, встановленому постачальником.
Принцип роботи радіатора полягає в збільшенні площі поверхні пристрою, що піддається впливу теплоносія (повітря). Якщо радіатор встановлений належним чином, він може знизити температуру обладнання, покращуючи передачу тепла через межу твердого повітря до більш холодного навколишнього повітря.
У цій статті описано вибір радіатора та надано вказівки щодо правильного дизайну, вибору компонентів та найкращих методів досягнення чудових теплових характеристик. У ньому також описано рішення радіатора Ohmite' як приклад. Більшість електронних компонентів, особливо мікропроцесорів і мікроконтролерів, продовжують збільшувати теплову щільність через постійне зменшення їх розмірів. З огляду на те, що тривалість життя, надійність і продуктивність обернено пропорційні робочій температурі пристрою, результатом цієї еволюції є те, що тепловий дизайн і керування стали основними проблемами дизайну. Тому конструктор' відповідає за чітке розуміння ефективного управління температурою та доступних радіаторних рішень для підтримки робочої температури обладнання в діапазоні, встановленому постачальником.
Принцип роботи радіатора полягає в збільшенні площі поверхні пристрою, що піддається впливу теплоносія (повітря). Якщо радіатор встановлений належним чином, він може знизити температуру обладнання, покращуючи передачу тепла через межу твердого повітря до більш холодного навколишнього повітря.
У цій статті описано вибір радіатора та надано вказівки щодо правильного дизайну, вибору компонентів та найкращих методів досягнення чудових теплових характеристик. У ньому також описано рішення радіатора Ohmite' як приклад.
Потужність в інтегральній схемі (ІС) розсіюється у вигляді тепла від активного транзисторного переходу, а температура переходу пропорційна потужності, що розсіюється. Виробник вказує максимальну температуру переходу, але зазвичай вона становить близько 150°C. Перевищення цієї температури переходу зазвичай спричиняє пошкодження пристрою, тому розробник повинен знайти способи передачі якомога більше тепла від IC. Для цього вони можуть спиратися на досить просту модель для вимірювання потоку тепла. Ця модель подібна до електричного розрахунку закону Ома, заснованого на концепції теплового опору, з символом θ.
Тепловий опір відноситься до опору, який виникає, коли тепло перетікає з одного середовища в інше. Його одиницею є Цельсій/Ват (°C/W), що визначається наступним чином:
в:
θ – тепловий опір через тепловий бар’єр у ℃/Вт. ∆T – різниця температур через тепловий бар’єр в ℃.
P — потужність, що розсіюється вузлом, у ватах. З фізичного розташування мікросхеми та радіатора існує багато теплових інтерфейсів. Перший знаходиться між переходом і корпусом ІМС і представлений тепловим опором θjc.
Тепловідвід прикріплюється до мікросхеми за допомогою матеріалу термоінтерфейсу (TIM), такого як термопаста або термострічка, щоб підвищити теплопровідність між двома пристроями. Цей теплопровідний шар, як правило, має дуже низький термічний опір, який є частиною теплового опору від оболонки до радіатора і представлений θcs. Останній рівень - це межа розділу між радіатором і навколишнім середовищем, позначена θsa.
Тепловий опір схожий на резистори в електронних схемах, які з'єднані послідовно. Сума всіх теплових опорів являє собою загальний тепловий опір від місця з’єднання до навколишнього повітря.
Як правило, постачальники мікросхем неявно або явно вказують тепловий опір від переходу до корпусу. Ця специфікація може бути представлена у вигляді максимальної температури корпусу, виключаючи один з елементів теплового опору. Розробник прикладної ІМС не контролює характеристики теплового опору примикання до корпусу. Однак розробник може вибрати функції TIM і радіатора, щоб повністю охолодити мікросхему і підтримувати температуру переходу нижче заданої максимальної температури. Взагалі кажучи, чим менше термічний опір TIM і радіатора, тим нижча температура корпусу IC, яку потрібно охолоджувати.
З точки зору тепловіддачі, вибрати радіатор відносно просто. Як згадувалося вище, радіатор серії Ohmite BG забезпечує можливе вирішення проблеми охолодження мікросхем в корпусах BGA.
