Izbira radiatorja in osnova uporabe

Večina elektronskih komponent, zlasti mikroprocesorjev in mikrokrmilnikov, se je zaradi nadaljnjega krčenja velikosti še naprej povečevala v toplotni gostoti. Glede na to, da so pričakovana življenjska doba, zanesljivost in zmogljivost obratno sorazmerni z delovno temperaturo naprave, je rezultat te evolucije, da sta toplotna zasnova in upravljanje postala glavna težava pri načrtovanju. Zato je odgovornost oblikovalca', da jasno razume učinkovito upravljanje toplote in razpoložljive rešitve za hladilno telo, da ohrani delovno temperaturo opreme v območju, ki ga je določil dobavitelj.

Načelo delovanja radiatorja je povečanje površine naprave, izpostavljene hladilni tekočini (zrak). Če je radiator pravilno nameščen, lahko zniža temperaturo opreme z izboljšanjem prenosa toplote čez mejo trdnega zraka na hladnejši zunanji zrak.

1. Toplotni krog

Moč v integriranem vezju (IC) se odvaja v obliki toplote iz aktivnega tranzistorskega spoja, temperatura spoja pa je sorazmerna z razpršeno močjo. Proizvajalec določa najvišjo temperaturo spoja, vendar je običajno okoli 150°C. Preseganje te temperature spoja bo na splošno povzročilo škodo na napravi, zato mora oblikovalec najti načine za prenos čim več toplote iz IC. Za to se lahko zanesejo na dokaj preprost model za merjenje toplotnega toka. Ta model je podoben električnemu izračunu Ohmovega zakona', ki temelji na konceptu toplotne upornosti, s simbolom θ (slika 1).

v:

θ je toplotna upornost čez toplotno pregrado v ℃/W.

∆T je temperaturna razlika čez toplotno pregrado v ℃.

P je moč, ki jo oddaja vozlišče, v vatih.

Glede na fizično razporeditev IC in hladilnega telesa je veliko termičnih vmesnikov. Prva je med stičiščem in ohišjem IC in je predstavljena s toplotno upornostjo θjc.

Hladilnik je pritrjen na IC z uporabo toplotnega vmesnega materiala (TIM), kot je termalna pasta ali termični trak, da se poveča toplotna prevodnost med obema napravama. Ta toplotno prevodna plast ima na splošno zelo nizko toplotno upornost, ki je del toplotne upornosti od lupine do hladilnega telesa, izražene z θcs. Zadnji nivo je vmesnik med radiatorjem in okoliškim okoljem, označen z θsa.

Toplotni upor je kot upori v elektronskih vezjih, ki so povezani zaporedno. Vsota vseh toplotnih uporov je skupni toplotni upor od stičišča do zunanjega zraka.

Na splošno bodo prodajalci IC implicitno ali eksplicitno navedli toplotno upornost od spoja do ohišja. Ta specifikacija je lahko podana v obliki najvišje temperature ohišja, pri čemer se odstrani eden od elementov toplotne odpornosti. Oblikovalec aplikacijske IC nima nadzora nad karakteristikami toplotne odpornosti spoja na ohišje. Vendar lahko oblikovalec izbere funkcije TIM in hladilnika, da popolnoma ohladi IC in ohrani temperaturo spoja pod določeno najvišjo temperaturo.Na splošno velja, da nižja kot je toplotna upornost TIM in hladilnega telesa, nižja je temperatura ohišja IC', ki ga je treba ohladiti.

2 Primer izbire radiatorja

Hladilniki serije BG, ki jih zagotavlja Ohmite, so zasnovani za uporabo v centralni procesni enoti (CPU), grafični procesni enoti (GPU) ali podobnih procesorjih s kvadratnim substratom paketa (slika). 2).

V tej seriji je 10 vrst zasnove hladilnega telesa, s substrati, ki ustrezajo običajnim konfiguracijam IC, velikosti od 15 × 15 milimetrov (mm) do 45 × 45 mm in območja rebrov od 2.060 do 10.893 mm2 (tabela 1). Ti hladilniki, skladni z RoHS, so izdelani iz črne eloksirane aluminijeve zlitine 6063-T5.

Zaključne opombe

Z vidika odvajanja toplote je izbira radiatorja razmeroma enostavna. Kot je omenjeno zgoraj, hladilno telo Ohmite BG nudi izvedljivo rešitev problema hlajenja IC v BGA paketih.