Technologie chlazení, která může zlepšit odvod tepla a její princip fungování

Nyní vstoupíme do hlavního problému, který každého zajímá: rozptyl tepla.

tepelná žebra

Chladič je pasivní zařízení pro přenos tepla. Při přenosu tepla z pouzdra IC do okolního prostředí je jeho tepelný odpor mnohem menší než paralelní tepelný odpor pouzdra do okolí způsobený tepelnou konvekcí a tepelným sáláním.

Obrázek 1 ukazuje model tepelného odporu chladiče N-fin (N je číslo Fin), kde je materiál tepelného rozhraní (TIM) připojen k horní části obalu. Potřebujeme TIM ke zlepšení kontaktu mezi obalem a chladičem, takže efektivní tepelný odpor chladiče musí zahrnovat tepelný odpor TIM.

Ekvivalentní odpor chladiče se přibližně rovná odporu TIM plus odpor ve spodní části chladiče a odpor chladiče dělený číslem N. Protože plocha chladiče může být větší než je oblast horního povrchu obalu, jeho odpor proti proudění tepla a tepelnému záření může být menší než odpor vůči proudění tepla a tepelnému záření odpor horního povrchu balíku. Kromě toho, pokud se odpor vydělí počtem chladiče Fin, lze dosáhnout zlepšení N-krát. Avšak pro danou oblast substrátu chladiče, když je nárůst Fin vyšší než určité množství, nakonec to způsobí zvýšení tepelného odporu každého Fin: je to proto, že se chladiče začnou přibližovat k sobě a snižovat efektivní součinitel prostupu tepla. . A protože tyto tepelné odpory přímo zvyšují efektivní tepelný odpor chladiče, je velmi důležité zvolit pro chladič a TIM materiály s vysokou tepelnou vodivostí, aby se zlepšil celkový výkon chladiče.

chladič

Další technikou chlazení elektronických systémů je použití tepelných průchodů a chladičů k šíření většího množství tepla z IC do zadní části PCB. Otvory pro odvod tepla umístěné pod integrovaným obvodem mohou výrazně snížit tepelný odpor desky plošných spojů a pomoci vést teplo na desku pro odvod tepla umístěnou na spodní straně desky plošných spojů. Radiátor je vyroben z materiálu s vysokou tepelnou vodivostí (jako je grafit) a má větší povrch pro zlepšení odvodu tepla.

fanoušek

Když pasivní chladiče nebo radiátory nestačí k odstranění tepla, systémy spotřební elektroniky, jako jsou stolní počítače, notebooky, projektory atd., mohou také použít elektronické ventilátory k rozptýlení tepla. Ventilátory využívají elektromotory a vyžadují elektřinu k aktivnímu pohybu vzduchu kolem systému, aby se odstranilo teplo. To může způsobit zvukový šum, takže při výběru ventilátoru je třeba zvážit problémy s hlukem a spolehlivostí. Mnoho ventilátorů dnes může používat signály pulsní šířkové modulace (PWM) k řízení rychlosti, takže můžete navrhnout systém řízení teploty, který dynamicky upraví rychlost ventilátoru na základě teploty systému.

Tepelná trubice

Tepelná trubice je zařízení pro přenos tepla, které využívá principů vedení tepla a fázové změny k přenosu tepla mezi pevnými součástmi. Fázová změna potrubí chladiče se obvykle týká procesu, ve kterém kapalina dosáhne bodu varu na konci odpařování a vypařuje se a šíří se do potrubí jako plyn. Poté, co dosáhne studeného konce, kondenzuje a uvolňuje teplo a poté kapalina proudí zpět do odpařovacího konce kapilárním působením. Při pohybu přenosu tepla z odpařovacího konce na kondenzační se tento proces bude neustále opakovat. Tepelné trubky jsou také široce používány v systémech spotřební elektroniky, jako jsou počítače, tablety a chytré telefony.

Dynamické škrcení

A konečně, jako elektrotechnici můžeme skutečně použít různé techniky omezení výkonu k řízení spotřeby energie systému, ale to obvykle snižuje výkon systému. Naším cílem je umožnit zákazníkům získat nejlepší uživatelskou zkušenost a zároveň co nejvíce zvážit výkon. Mnoho elektronických systémů nyní používá teplotní senzory v celé desce plošných spojů, což umožňuje vestavěnému procesoru monitorovat teplotu v systému a činit dynamická rozhodnutí o škrcení, když teplota stoupá. Jako elektrotechnici přirozeně rozumíme různým výkonovým křivkám systému. Svého očekávání můžeme dosáhnout zapnutím ventilátoru, omezením funkcí, deaktivací různých částí systému nebo omezením rychlosti hodin, když teplota systému dosáhne různých teplotních prahů.