Kako izbrati hladilnik?
Z razvojem znanosti in tehnologije se odvajanje moči mikroelektronskih komponent povečuje, velikost paketa pa je vedno manjša. Zato postaja toplotno upravljanje vse bolj pomembno pri oblikovanju elektronskih izdelkov.
Zanesljivost in konstrukcijska življenjska doba elektronske opreme sta obratno sorazmerni z delovno temperaturo. Z vidika zanesljivosti in delovne temperature tipične silicijeve polprevodniške naprave bo znižanje delovne temperature eksponentno povečalo zanesljivost in življenjsko dobo naprave. Zato je učinkovito nadzorovanje delovne temperature opreme v mejah jamstvo za njeno dolgoročno stabilno delovanje.
Hladilnik je naprava, ki poveča prenos toplote od vročega do hladnega konca. Na splošno je vroč konec vrh naprave, ki proizvaja toploto, hladni konec pa je zrak v okolju kot medij za odvajanje toplote. Naslednja razprava predvideva, da je zrak hladilni medij. V večini primerov je prenos toplote s trdne površine na zrak najmanj učinkovit člen v celotnem sistemu za prenos toplote, kontaktna površina trdnega plina pa je tudi mesto z največjim toplotnim uporom. Hladilnik zmanjša toplotno upornost kontaktne površine trdne pare s povečanjem kontaktne površine s hladilnim medijem, kar omogoča napravi, da prenese več toplote ali zniža delovno temperaturo naprave pri enakem dvigu temperature. Glavni namen uporabe hladilnika je, da je delovna temperatura naprave nižja od indikatorja, ki ga je določil proizvajalec.
Toplotni cikel (dobesedni prevod je ta naslov, v resnici pa je to metoda toplotnega upornega omrežja, za katero pogosto rečemo, ali metoda toplotnega omrežja/metoda električnega omrežja, v nadaljnjem besedilu metoda toplotnega upornega omrežja) Preden razpravljamo o tem, kako izbrati hladilnika, da bi bralci, ki ne poznajo toplotne prevodnosti, hitro razumeli temo razprave, najprej razložijo terminologijo, ki je vključena v naslednjo razpravo, in način vzpostavitve toplotnega upornega omrežja. Definicije simbolov in izrazov so naslednje:
V: Skupna moč ali stopnja proizvodnje toplote (to je treba prevesti kot razpršena moč), enota W, predstavlja stopnjo toplote, ki jo ustvarijo elektronske komponente med delovanjem. Za izbiro primernega hladilnega telesa se običajno uporablja največja vrednost razpršene moči.
Tj: Temperatura spoja (običajno se mora nanašati na temperaturo spoja, opis v izvirnem besedilu pa je najvišja temperatura spoja za stabilno delovanje naprave), v °C.
Najvišja dovoljena temperatura spoja se giblje od 115°C za običajne mikroelektronske komponente do 180°C za nekatere posebne naprave za nadzor temperature. V vojski in nekaterih posebnih priložnostih se komponente z delovno temperaturo od 65°C do 80°C redko uporabljajo. (Izvirno besedilo ne označuje delovne temperature, da ne bi prišlo do zmede, je prevod posebej popravljen).
Tc: Temperatura ohišja naprave v °C.
Ker je temperatura ohišja povezana s preskusno točko, izbrano na ovojnini embalaže (temperatura površine paketa elektronske komponente ni enotna), se to običajno nanaša na najvišjo temperaturno točko na ovojnini embalaže.
Ts: Temperatura hladilnega telesa v °C.
To se nanaša na najvišjo temperaturno točko, kjer je hladilno telo blizu naprave (površina ovoja embalaže).
Ta: temperatura okolice, v °C.
Skozi razmerje med temperaturno razliko (izvirno besedilo je temperatura) in hitrostjo prenosa toplote (izvirno besedilo je hitrost odvajanja toplote) lahko učinkovitost prenosa toplote med dvema položajema toplotne strukture kvantitativno izrazimo z toplotna upornost R. Definicija upora R je naslednja:
R=ΔT/Q kjer je ΔT temperaturna razlika med obema položajema. Enota toplotne upornosti je °C/W, kar predstavlja temperaturno razliko, ko se prenese enotna hitrost toplote. Definicija toplotne upornosti je nekoliko podobna upornosti Re, ki jo definira Ohmov' zakon Re=ΔV/I. Kjer je ΔV potencialna razlika in I je tok.
