Jak udržet nízkou teplotu: výběr radiátoru a základ použití
U většiny elektronických součástek, zejména mikroprocesorů a mikrokontrolérů, stále roste tepelná hustota v důsledku pokračujícího zmenšování jejich velikosti. Vzhledem k tomu, že očekávaná životnost, spolehlivost a výkon jsou nepřímo úměrné provozní teplotě zařízení, výsledkem tohoto vývoje je, že tepelný design a řízení se staly hlavním konstrukčním problémem. Proto je odpovědností projektanta' mít jasnou představu o efektivním řízení teploty a dostupných řešeních radiátorů, aby se provozní teplota zařízení udržela v rozsahu stanoveném dodavatelem.
Principem činnosti chladiče je zvětšit povrch zařízení vystaveného chladicí kapalině (vzduchu). Pokud je radiátor správně nainstalován, může snížit teplotu zařízení zlepšením přenosu tepla přes rozhraní pevná látka-vzduch do chladnějšího okolního vzduchu.
Tento článek nastiňuje výběr chladiče a poskytuje pokyny pro správný návrh, výběr komponent a osvědčené postupy pro dosažení vynikajícího tepelného výkonu. Jako příklad také popisuje řešení radiátoru Ohmite' U většiny elektronických součástek, zejména mikroprocesorů a mikrokontrolérů, stále roste tepelná hustota v důsledku pokračujícího zmenšování jejich velikosti. Vzhledem k tomu, že očekávaná životnost, spolehlivost a výkon jsou nepřímo úměrné provozní teplotě zařízení, výsledkem tohoto vývoje je, že tepelný design a řízení se staly hlavním konstrukčním problémem. Proto je odpovědností projektanta' mít jasnou představu o efektivním řízení teploty a dostupných řešeních radiátorů, aby se provozní teplota zařízení udržela v rozsahu stanoveném dodavatelem.
Principem činnosti chladiče je zvětšit povrch zařízení vystaveného chladicí kapalině (vzduchu). Pokud je radiátor správně nainstalován, může snížit teplotu zařízení zlepšením přenosu tepla přes rozhraní pevná látka-vzduch do chladnějšího okolního vzduchu.
Tento článek nastiňuje výběr chladiče a poskytuje pokyny pro správný návrh, výběr komponent a osvědčené postupy pro dosažení vynikajícího tepelného výkonu. Jako příklad také popisuje řešení radiátoru Ohmite'
Výkon v integrovaném obvodu (IC) je odváděn ve formě tepla z aktivního tranzistorového přechodu a teplota přechodu je úměrná rozptýlenému výkonu. Výrobce udává maximální teplotu spoje, ale obecně se pohybuje kolem 150°C. Překročení této teploty přechodu obecně způsobí poškození zařízení, takže konstruktér musí najít způsoby, jak přenést co nejvíce tepla z IC. K tomu se mohou spolehnout na celkem jednoduchý model pro měření toku tepla. Tento model je podobný elektrickému výpočtu Ohmova zákona, založeného na koncepci tepelného odporu, se symbolem θ.
Tepelný odpor označuje odpor, který se vyskytuje, když teplo proudí z jednoho média do druhého. Jeho jednotka je Celsius/Watt (°C/W), která je definována takto:
v:
θ je tepelný odpor přes tepelnou bariéru v ℃/W. ∆T je teplotní rozdíl přes tepelnou bariéru ve ℃.
P je výkon rozptýlený uzlem ve wattech. Z fyzického uspořádání IC a chladiče existuje mnoho tepelných rozhraní. První je mezi přechodem a pouzdrem IC a je reprezentován tepelným odporem θjc.
Chladič je připojen k integrovanému obvodu pomocí materiálu tepelného rozhraní (TIM), jako je tepelná pasta nebo tepelná páska, aby se zvýšila tepelná vodivost mezi dvěma zařízeními. Tato tepelně vodivá vrstva má obecně velmi nízký tepelný odpor, který je součástí tepelného odporu od pláště k chladiči a je reprezentován θcs. Poslední úrovní je rozhraní mezi zářičem a okolním prostředím, označované θsa.
Tepelný odpor je jako odpory v elektronických obvodech, které jsou zapojeny do série. Součet všech tepelných odporů je celkový tepelný odpor z křižovatky do okolního vzduchu.
Obecně platí, že prodejci integrovaných obvodů implicitně nebo explicitně specifikují tepelný odpor od spoje k pouzdru. Tato specifikace může být poskytnuta ve formě maximální teploty pouzdra, eliminující jeden z prvků tepelného odporu. Návrhář aplikačního IC nemá žádnou kontrolu nad charakteristikami tepelného odporu přechodu ke skříni. Návrhář však může vybrat funkce TIM a chladiče, aby plně ochladil IC a udržoval teplotu spoje pod specifikovanou maximální teplotou. Obecně řečeno, čím menší je tepelný odpor TIM a chladiče, tím nižší je teplota pouzdra IC, který má být chlazen.
Z hlediska odvodu tepla je výběr radiátoru poměrně jednoduchý. Jak bylo uvedeno výše, chladič řady Ohmite BG poskytuje proveditelné řešení problému chlazení integrovaných obvodů v pouzdrech BGA.
