Výber radiátora a základ aplikácie
Väčšina elektronických súčiastok, najmä mikroprocesory a mikrokontroléry, naďalej rástla tepelná hustota v dôsledku neustáleho zmenšovania veľkosti. Vzhľadom na to, že očakávaná životnosť, spoľahlivosť a výkon sú nepriamo úmerné prevádzkovej teplote zariadenia, výsledkom tohto vývoja je, že tepelný dizajn a riadenie sa stali hlavným problémom dizajnu. Preto je zodpovednosťou projektanta' mať jasné pochopenie efektívneho tepelného manažmentu a dostupných riešení chladičov, aby sa prevádzková teplota zariadenia udržala v rozsahu nastavenom dodávateľom.
Princíp činnosti chladiča je zväčšiť povrch zariadenia vystaveného chladiacej kvapaline (vzduchu). Ak je radiátor správne nainštalovaný, môže znížiť teplotu zariadenia zlepšením prenosu tepla cez hranicu tuhého vzduchu do chladnejšieho okolitého vzduchu.
1. Tepelný okruh
Výkon v integrovanom obvode (IC) sa odvádza vo forme tepla z aktívneho prechodu tranzistora a teplota prechodu je úmerná rozptýlenému výkonu. Výrobca udáva maximálnu teplotu spoja, ale všeobecne sa pohybuje okolo 150°C. Prekročenie tejto teploty spojenia vo všeobecnosti spôsobí poškodenie zariadenia, takže dizajnér musí nájsť spôsoby, ako preniesť čo najviac tepla z IC. Na to sa môžu spoľahnúť na celkom jednoduchý model na meranie toku tepla. Tento model je podobný elektrickému výpočtu Ohmovho' zákona založeného na koncepcii tepelného odporu so symbolom θ (obrázok 1).
v:
θ je tepelný odpor cez tepelnú bariéru v ℃/W.
∆T je teplotný rozdiel cez tepelnú bariéru v ℃.
P je výkon rozptýlený uzlom vo wattoch.
Z fyzického usporiadania IC a chladiča existuje veľa tepelných rozhraní. Prvý je medzi spojom a puzdrom IC a je reprezentovaný tepelným odporom θjc.
Chladič je pripojený k integrovanému obvodu pomocou materiálu tepelného rozhrania (TIM), ako je tepelná pasta alebo tepelná páska, aby sa zvýšila tepelná vodivosť medzi týmito dvoma zariadeniami. Táto tepelne vodivá vrstva má vo všeobecnosti veľmi nízky tepelný odpor, ktorý je súčasťou tepelného odporu od plášťa k chladiču, vyjadreného ako θcs. Poslednou úrovňou je rozhranie medzi žiaričom a okolitým prostredím, označované ako θsa.
Tepelný odpor je ako odpory v elektronických obvodoch, ktoré sú zapojené do série. Súčet všetkých tepelných odporov je celkový tepelný odpor od križovatky k okolitému vzduchu.
Vo všeobecnosti predajcovia integrovaných obvodov implicitne alebo explicitne špecifikujú tepelný odpor od križovatky k prípadu. Táto špecifikácia môže byť poskytnutá vo forme maximálnej teploty puzdra s vylúčením jedného z prvkov tepelného odporu. Dizajnér aplikačného integrovaného obvodu nemá žiadnu kontrolu nad charakteristikami tepelného odporu prípojky ku skrinke. Dizajnér si však môže zvoliť funkcie TIM a chladiča na úplné ochladenie IC a udržanie teploty spoja pod špecifikovanou maximálnou teplotou.Všeobecne povedané, čím menší je tepelný odpor TIM a chladiča, tým nižšia je teplota skrine IC', ktorá sa má chladiť.
2 Príklad výberu radiátora
Chladiče série BG od spoločnosti Ohmite sú navrhnuté na použitie v centrálnej procesorovej jednotke (CPU), grafickej procesorovej jednotke (GPU) alebo podobných procesoroch so štvorcovým obalovým substrátom (BGA) alebo plastovou mriežkou s mriežkou (PGBA) (obrázok 2).
V tejto sérii je 10 typov dizajnov chladičov so substrátmi zodpovedajúcimi bežným konfiguráciám IC, s veľkosťou od 15 × 15 milimetrov (mm) do 45 × 45 mm a plochami rebier od 2 060 do 10 893 mm2 (tabuľka 1). Tieto chladiče v súlade s RoHS sú vyrobené z čiernej eloxovanej hliníkovej zliatiny 6063-T5.
Záverečné poznámky
Z pohľadu odvodu tepla je výber radiátora pomerne jednoduchý. Ako je uvedené vyššie, chladič série Ohmite BG poskytuje realizovateľné riešenie problému chladenia integrovaných obvodov v puzdrách BGA.
