Избор на радиатор и основа на приложение
Повечето електронни компоненти, особено микропроцесорите и микроконтролерите, продължават да нарастват термичната плътност поради продължаващото свиване на размера. 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 дизайнера' е да има ясно разбиране за ефективно управление на топлината и наличните решения за радиатор, 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 инсталиран правилно, той може да намали температурата на оборудването чрез подобряване на преноса на топлина през границата на твърд въздух към по-хладния околен въздух.
1. Топлинна верига
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', базиран на концепцията за топлинно съпротивление, със символа θ (Фигура 1).
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, изразено 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.
2 Пример за избор на радиатор
Радиаторите от серията BG, предоставени от Ohmite, са проектирани за използване в централна процесорна единица (CPU), графичен процесор (GPU) или подобни процесори с квадратна основа за пакет (Фигура). 2).
Има 10 типа дизайни на радиатори в тази серия, със субстрати, съответстващи на общите конфигурации на IC, вариращи по размер от 15×15 милиметра (mm) до 45×45 mm и области на перките, вариращи от 2 060 до 10 893 mm2 (Таблица 1). Тези радиатори, съвместими с RoHS, са изработени от черна анодизирана алуминиева сплав 6063-T5.
Заключителни бележки
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.
