Как сохранить низкую температуру: выбор радиатора и основа его применения

Большинство электронных компонентов, особенно микропроцессоров и микроконтроллеров, продолжают увеличивать тепловую плотность из-за постоянного уменьшения их размеров. Учитывая, что ожидаемый срок службы, надежность и производительность обратно пропорциональны рабочей температуре устройства, результатом этой эволюции стало то, что тепловой расчет и управление стали серьезной проблемой проектирования. Следовательно, проектировщик' обязан иметь четкое представление об эффективном управлении температурой и доступных радиаторных решениях для поддержания рабочей температуры оборудования в пределах диапазона, установленного поставщиком.

Принцип работы радиатора заключается в увеличении площади поверхности устройства, контактирующей с охлаждающей жидкостью (воздухом). Если радиатор установлен правильно, он может снизить температуру оборудования за счет улучшения передачи тепла через границу твердого воздуха к более прохладному окружающему воздуху.

В этой статье описывается выбор радиатора и даются рекомендации по правильной конструкции, выбору компонентов и передовым методам достижения отличных тепловых характеристик. Также в качестве примера описывается радиатор Ohmite' Большинство электронных компонентов, особенно микропроцессоров и микроконтроллеров, продолжают увеличивать тепловую плотность из-за постоянного уменьшения их размеров. Учитывая, что ожидаемый срок службы, надежность и производительность обратно пропорциональны рабочей температуре устройства, результатом этой эволюции стало то, что тепловой расчет и управление стали серьезной проблемой проектирования. Следовательно, проектировщик' обязан иметь четкое представление об эффективном управлении температурой и доступных радиаторных решениях для поддержания рабочей температуры оборудования в пределах диапазона, установленного поставщиком.

Принцип работы радиатора заключается в увеличении площади поверхности устройства, контактирующей с охлаждающей жидкостью (воздухом). Если радиатор установлен правильно, он может снизить температуру оборудования за счет улучшения передачи тепла через границу твердого воздуха к более прохладному окружающему воздуху.

В этой статье описывается выбор радиатора и даются рекомендации по правильной конструкции, выбору компонентов и передовым методам достижения отличных тепловых характеристик. Также в качестве примера описывается радиатор Ohmite'

Мощность в интегральной схеме (ИС) рассеивается в виде тепла от активного перехода транзистора, а температура перехода пропорциональна рассеиваемой мощности. Производитель указывает максимальную температуру перехода, но обычно она составляет около 150 ° C. Превышение этой температуры перехода обычно приводит к повреждению устройства, поэтому разработчик должен найти способы отвести как можно больше тепла от ИС. Для этого они могут полагаться на довольно простую модель измерения потока тепла. Эта модель аналогична электрическому расчету закона Ома, основанного на концепции теплового сопротивления, с символом θ.

Термическое сопротивление относится к сопротивлению, возникающему при переходе тепла от одной среды к другой. Его единица измерения - Цельсий / Ватт (° C / Вт), что определяется следующим образом:

в:

θ - тепловое сопротивление через тепловой барьер в ℃ / Вт. ∆T - это разница температур на тепловом барьере в ℃.

P - мощность, рассеиваемая узлом, в ваттах. Судя по физическому расположению ИС и радиатора, существует множество тепловых интерфейсов. Первый находится между переходом и корпусом ИС и представлен тепловым сопротивлением θjc.

Радиатор прикреплен к ИС с помощью термоинтерфейсного материала (TIM), такого как термопаста или термолента, для увеличения теплопроводности между двумя устройствами. Этот теплопроводный слой обычно имеет очень низкое тепловое сопротивление, которое является частью теплового сопротивления от оболочки до радиатора и обозначается θcs. Последний уровень - это граница раздела между излучателем и окружающей средой, обозначенная θsa.

Термическое сопротивление похоже на резисторы в электронных схемах, которые соединены последовательно. Сумма всех тепловых сопротивлений - это полное тепловое сопротивление от перехода к окружающему воздуху.

Как правило, поставщики ИС явно или неявно указывают тепловое сопротивление от перехода к корпусу. Эта спецификация может быть представлена ​​в виде максимальной температуры корпуса, исключая один из элементов термического сопротивления. Разработчик прикладной ИС не контролирует характеристики термического сопротивления перехода к корпусу. Однако разработчик может выбрать функции TIM и радиатора, чтобы полностью охладить ИС и поддерживать температуру перехода ниже указанной максимальной температуры. Вообще говоря, чем меньше тепловое сопротивление TIM и радиатора, тем ниже температура корпуса охлаждаемой ИС.

С точки зрения отвода тепла выбрать радиатор относительно просто. Как упоминалось выше, радиатор серии Ohmite BG обеспечивает реальное решение проблемы охлаждения ИС в корпусах BGA.