Radiatoru izvēle un pielietojuma pamati
Lielākajai daļai elektronisko komponentu, īpaši mikroprocesoru un mikrokontrolleru, termiskais blīvums ir turpinājis palielināties, jo to izmēri nepārtraukti sarūk. Ņemot vērā to, ka paredzamais kalpošanas laiks, uzticamība un veiktspēja ir apgriezti proporcionāli ierīces darba temperatūrai, šīs evolūcijas rezultātā siltuma projektēšana un pārvaldība ir kļuvusi par galveno dizaina problēmu. Tāpēc dizainera' pienākums ir skaidri izprast efektīvu siltuma pārvaldību un pieejamos siltuma izlietņu risinājumus, lai iekārtas darba temperatūra būtu piegādātāja noteiktajā diapazonā.
Radiatora darbības princips ir palielināt dzesēšanas šķidruma (gaisa) pakļautās ierīces virsmas laukumu. Ja radiators ir pareizi uzstādīts, tas var samazināt iekārtas temperatūru, uzlabojot siltuma pārnesi pāri cietā gaisa robežai uz vēsāku apkārtējo gaisu.
1. Termiskā ķēde
Integrētās shēmas (IC) jauda tiek izkliedēta siltuma veidā no aktīvā tranzistora savienojuma, un savienojuma temperatūra ir proporcionāla izkliedētajai jaudai. Ražotājs norāda maksimālo savienojuma temperatūru, bet parasti tā ir aptuveni 150°C. Šīs savienojuma temperatūras pārsniegšana parasti sabojā ierīci, tāpēc dizainerim ir jāatrod veidi, kā no IC pārnest pēc iespējas vairāk siltuma. Lai to izdarītu, viņi var paļauties uz diezgan vienkāršu modeli, lai izmērītu siltuma plūsmu. Šis modelis ir līdzīgs Ohma' likuma elektriskajam aprēķinam, pamatojoties uz termiskās pretestības jēdzienu, ar simbolu θ (1. attēls).
in:
θ ir termiskā pretestība pāri termiskajai barjerai ℃/W.
∆T ir temperatūras starpība pāri termiskajai barjerai ℃.
P ir mezgla izkliedētā jauda vatos.
No IC un siltuma izlietnes fiziskā izkārtojuma ir daudz termisko saskarņu. Pirmais ir starp krustojumu un IC korpusu, un to attēlo termiskā pretestība θjc.
Siltuma izlietne ir savienota ar IC, izmantojot termiskās saskarnes materiālu (TIM), piemēram, termisko pastu vai termolenti, lai uzlabotu siltumvadītspēju starp abām ierīcēm. Šim siltumvadītājam slānim parasti ir ļoti zema termiskā pretestība, kas ir daļa no termiskās pretestības no apvalka līdz siltuma izlietnei, kas izteikta ar θcs. Pēdējais līmenis ir saskarne starp radiatoru un apkārtējo vidi, ko apzīmē ar θsa.
Termiskā pretestība ir kā rezistori elektroniskajās shēmās, kuras ir savienotas virknē. Visu termisko pretestību summa ir kopējā termiskā pretestība no savienojuma vietas līdz apkārtējam gaisam.
Parasti IC pārdevēji netieši vai tieši norāda termisko pretestību no krustojuma līdz korpusam. Šo specifikāciju var sniegt maksimālās korpusa temperatūras veidā, izslēdzot vienu no termiskās pretestības elementiem. Lietojumprogrammas IC projektētājs nekontrolē savienojuma ar korpusu termiskās pretestības raksturlielumus. Tomēr dizainers var izvēlēties TIM un siltuma izlietnes funkcijas, lai pilnībā atdzesētu IC un uzturētu savienojuma temperatūru zem norādītās maksimālās temperatūras.Vispārīgi runājot, jo mazāka ir TIM un siltuma izlietnes termiskā pretestība, jo zemāka ir atdzesējamā IC' korpusa temperatūra.
2 Radiatora izvēles piemērs
BG sērijas radiatori, ko nodrošina Ohmite, ir paredzēti izmantošanai lodīšu režģa blokā (BGA) vai plastmasas lodīšu režģa blokā (PGBA) centrālajā procesorā (CPU), grafikas procesora blokā (GPU) vai līdzīgos procesoros ar kvadrātveida iepakojuma substrātu (attēls). 2).
Šajā sērijā ir 10 veidu radiatoru dizaini ar substrātiem, kas atbilst parastajām IC konfigurācijām, kuru izmērs svārstās no 15 × 15 milimetriem (mm) līdz 45 × 45 mm, un spuras laukums ir no 2060 līdz 10 893 mm2 (1. tabula). Šīs RoHS saderīgās siltuma izlietnes ir izgatavotas no melni anodēta 6063-T5 alumīnija sakausējuma.
Noslēguma piezīmes
No siltuma izkliedes viedokļa radiatora izvēle ir salīdzinoši vienkārša. Kā minēts iepriekš, Ohmite BG sērijas siltuma izlietne nodrošina iespējamu risinājumu IC dzesēšanas problēmai BGA pakotnēs.
