Izbor radijatora i osnova primjene

Većina elektroničkih komponenti, posebno mikroprocesora i mikrokontrolera, nastavila je povećavati toplinsku gustoću zbog kontinuiranog smanjenja veličine. S obzirom da su očekivani životni vijek, pouzdanost i performanse obrnuto proporcionalni radnoj temperaturi uređaja, rezultat ove evolucije je da su toplinski dizajn i upravljanje postali glavni problem dizajna. Stoga je odgovornost projektanta' imati jasno razumijevanje učinkovitog upravljanja toplinom i dostupnih rješenja hladnjaka kako bi radnu temperaturu opreme zadržao unutar raspona koji je odredio dobavljač.

Princip rada radijatora je povećanje površine uređaja izloženog rashladnoj tekućini (zrak). Ako je radijator pravilno instaliran, može smanjiti temperaturu opreme poboljšanjem prijenosa topline preko granice čvrstog zraka na hladniji okolni zrak.

1. Toplinski krug

Snaga u integriranom krugu (IC) raspršuje se u obliku topline iz aktivnog tranzistorskog spoja, a temperatura spoja je proporcionalna rasipanoj snazi. Proizvođač navodi maksimalnu temperaturu spoja, ali ona je općenito oko 150°C. Prekoračenje ove temperature spoja općenito će uzrokovati oštećenje uređaja, tako da projektant mora pronaći načine za prijenos što više topline iz IC-a. Da bi to učinili, mogu se osloniti na prilično jednostavan model za mjerenje protoka topline. Ovaj model je sličan električnom proračunu Ohmovog's zakona, koji se temelji na konceptu toplinskog otpora, sa simbolom θ (slika 1).

u:

θ je toplinski otpor preko toplinske barijere u ℃/W.

∆T je temperaturna razlika preko toplinske barijere u ℃.

P je snaga koju raspršuje čvor, u vatima.

S obzirom na fizički izgled IC-a i hladnjaka, postoji mnogo toplinskih sučelja. Prvi je između spoja i kućišta IC-a i predstavljen je toplinskim otporom θjc.

Hladnjak je vezan za IC pomoću materijala toplinskog sučelja (TIM) kao što je toplinska pasta ili termalna traka kako bi se poboljšala toplinska vodljivost između dva uređaja. Ovaj toplinski vodljivi sloj općenito ima vrlo nisku toplinsku otpornost, koja je dio toplinskog otpora od ljuske do hladnjaka, izraženog s θcs. Posljednja razina je sučelje između radijatora i okolnog okoliša, označeno s θsa.

Toplinski otpor je poput otpornika u elektroničkim krugovima, koji su spojeni u seriju. Zbroj svih toplinskih otpora je ukupni toplinski otpor od spoja do okolnog zraka.

Općenito, dobavljači IC-a će implicitno ili eksplicitno specificirati toplinski otpor od spoja do kućišta. Ova se specifikacija može dati u obliku maksimalne temperature kućišta, eliminirajući jedan od elemenata toplinskog otpora. Dizajner IC aplikacije nema kontrolu nad karakteristikama toplinskog otpora spoja na kućište. Međutim, dizajner može odabrati značajke TIM-a i hladnjaka kako bi u potpunosti ohladio IC i održao temperaturu spoja ispod navedene maksimalne temperature.Općenito govoreći, što je manji toplinski otpor TIM-a i hladnjaka, to je niža temperatura kućišta IC' za hlađenje.

2 Primjer odabira radijatora

Hladnjaci serije BG koje nudi Ohmite dizajnirani su za korištenje u središnjoj procesorskoj jedinici (CPU), grafičkoj procesorskoj jedinici (GPU) ili sličnim procesorima s kvadratnom podlogom za pakiranje (Slika) 2 ).

U ovoj seriji postoji 10 tipova dizajna hladnjaka, s podlogama koje odgovaraju uobičajenim IC konfiguracijama, u rasponu veličine od 15×15 milimetara (mm) do 45×45 mm, i površinama peraja u rasponu od 2.060 do 10.893 mm2 (Tablica 1). Ovi hladnjaci usklađeni s RoHS-om izrađeni su od crne anodizirane legure aluminija 6063-T5.

Zaključne napomene

Iz perspektive odvođenja topline, odabir radijatora je relativno jednostavan. Kao što je gore spomenuto, hladnjak serije Ohmite BG pruža izvedivo rješenje za problem hlađenja IC-ova u BGA paketima.