Как да поддържаме ниска температура: избор на радиатор и основа на приложение
Повечето електронни компоненти, особено микропроцесорите и микроконтролерите, продължават да увеличават топлинната си плътност поради непрекъснатото свиване на техния размер. Като се има предвид, че продължителността на живота, надеждността и производителността са обратно пропорционални на работната температура на устройството, резултатът от тази еволюция е, че топлинният дизайн и управлението се превърнаха в основен проблем при проектирането. Следователно, отговорността на проектанта' е да има ясно разбиране за ефективно управление на топлината и наличните радиаторни решения, за да поддържа работната температура на оборудването в диапазона, зададен от доставчика.
Принципът на работа на радиатора е да увеличи повърхността на устройството, изложена на охлаждащата течност (въздух). Ако радиаторът е монтиран правилно, той може да намали температурата на оборудването чрез подобряване на преноса на топлина през границата на твърд въздух към по-хладния околен въздух.
Тази статия очертава избора на радиатор и предоставя насоки за правилен дизайн, избор на компоненти и най-добри практики за постигане на отлични топлинни характеристики. Той също така описва решение за радиатор на Ohmite' като пример. Повечето електронни компоненти, особено микропроцесорите и микроконтролерите, продължават да увеличават топлинната си плътност поради непрекъснатото свиване на техния размер. Като се има предвид, че продължителността на живота, надеждността и производителността са обратно пропорционални на работната температура на устройството, резултатът от тази еволюция е, че топлинният дизайн и управлението се превърнаха в основен проблем при проектирането. Следователно, отговорността на проектанта' е да има ясно разбиране за ефективно управление на топлината и наличните радиаторни решения, за да поддържа работната температура на оборудването в диапазона, зададен от доставчика.
Принципът на работа на радиатора е да увеличи повърхността на устройството, изложена на охлаждащата течност (въздух). Ако радиаторът е монтиран правилно, той може да намали температурата на оборудването чрез подобряване на преноса на топлина през границата на твърд въздух към по-хладния околен въздух.
Тази статия очертава избора на радиатор и предоставя насоки за правилен дизайн, избор на компоненти и най-добри практики за постигане на отлични топлинни характеристики. Той също така описва решение за радиатор на Ohmite' като пример.
Мощността в интегрална схема (IC) се разсейва под формата на топлина от активния транзисторен възел, а температурата на прехода е пропорционална на разсеяната мощност. Производителят посочва максималната температура на свързване, но обикновено тя е около 150°C. Превишаването на тази температура на свързване обикновено ще причини повреда на устройството, така че дизайнерът трябва да намери начини да прехвърли възможно най-много топлина от IC. За да направят това, те могат да разчитат на доста прост модел за измерване на топлинния поток. Този модел е подобен на електрическото изчисление на закона на Ом, базирано на концепцията за топлинно съпротивление, със символа θ.
Термичното съпротивление се отнася до съпротивлението, което се среща при преминаване на топлина от една среда към друга. Неговата единица е Целзий/Ват (°C/W), която се дефинира, както следва:
в:
θ е термичното съпротивление през термичната бариера в ℃/W. ∆T е температурната разлика през термичната бариера в ℃.
P е мощността, разсейвана от възела, във ватове. От физическото оформление на IC и радиатора има много термични интерфейси. Първият е между кръстовището и корпуса на ИС и е представен от топлинното съпротивление θjc.
Радиаторът е свързан към IC с помощта на термичен интерфейсен материал (TIM), като термична паста или термична лента, за да се подобри топлопроводимостта между двете устройства. Този топлопроводим слой обикновено има много ниско термично съпротивление, което е част от топлинното съпротивление от корпуса към радиатора и е представено с θcs. Последното ниво е интерфейсът между радиатора и околната среда, обозначен с θsa.
Термичното съпротивление е като резистори в електронните схеми, които са свързани последователно. Сумата от всички топлинни съпротивления е общото топлинно съпротивление от кръстовището към околния въздух.
Обикновено доставчиците на IC имплицитно или изрично определят термичното съпротивление от кръстовище до корпус. Тази спецификация може да бъде предоставена под формата на максимална температура на корпуса, като се елиминира един от елементите на термичното съпротивление. Проектантът на приложната ИС няма контрол върху характеристиките на термичното съпротивление на кръстовището към корпуса. Въпреки това, дизайнерът може да избере функциите TIM и радиатора, за да охлади напълно IC и да поддържа температурата на връзката под определената максимална температура. Най-общо казано, колкото по-малко е термичното съпротивление на TIM и радиатора, толкова по-ниска е температурата на корпуса на IC, който трябва да се охлажда.
От гледна точка на разсейването на топлината, изборът на радиатор е сравнително прост. Както бе споменато по-горе, радиаторът от серия Ohmite BG осигурява възможно решение на проблема с охлаждането на ИС в BGA пакети.
