Radiatorių parinkimas ir pritaikymo pagrindas

Daugumos elektroninių komponentų, ypač mikroprocesorių ir mikrovaldiklių, terminis tankis ir toliau didėjo dėl nuolatinio mažėjančio dydžio. Atsižvelgiant į tai, kad gyvenimo trukmė, patikimumas ir našumas yra atvirkščiai proporcingi įrenginio darbinei temperatūrai, šios evoliucijos rezultatas yra tai, kad šilumos projektavimas ir valdymas tapo pagrindine dizaino problema. Todėl projektuotojas' yra atsakingas už aiškų supratimą apie efektyvų šilumos valdymą ir galimus šilumos šalinimo sprendimus, kad įrangos darbinė temperatūra atitiktų tiekėjo nustatytą diapazoną.

Radiatoriaus veikimo principas – padidinti aušinimo skysčio (oro) veikiamo įrenginio paviršiaus plotą. Jei radiatorius sumontuotas tinkamai, jis gali sumažinti įrangos temperatūrą pagerindamas šilumos perdavimą per kietojo oro ribą į vėsesnį aplinkos orą.

1. Šiluminė grandinė

Integrinio grandyno (IC) galia yra išsklaidoma šilumos pavidalu iš aktyviosios tranzistoriaus jungties, o sandūros temperatūra yra proporcinga išsklaidytai galiai. Gamintojas nurodo maksimalią jungties temperatūrą, tačiau paprastai ji yra apie 150°C. Šios sankryžos temperatūros viršijimas paprastai sugadins įrenginį, todėl projektuotojas turi rasti būdų, kaip perduoti kuo daugiau šilumos iš IC. Norėdami tai padaryti, jie gali pasikliauti gana paprastu šilumos srauto matavimo modeliu. Šis modelis panašus į elektrinį Ohmo' dėsnio skaičiavimą, pagrįstą šiluminės varžos sąvoka, su simboliu θ (1 pav.).

in:

θ yra šiluminė varža per šiluminę barjerą ℃/W.

∆T yra temperatūros skirtumas tarp šiluminio barjero ℃.

P yra mazgo išsklaidyta galia vatais.

Atsižvelgiant į fizinį IC ir šilumos kriauklės išdėstymą, yra daug šiluminių sąsajų. Pirmasis yra tarp sankryžos ir IC korpuso ir yra pavaizduotas šilumine varža θjc.

Šilumos kriauklė yra sujungta su IC naudojant šiluminės sąsajos medžiagą (TIM), pvz., terminę pasta arba šiluminę juostelę, kad padidėtų šilumos laidumas tarp dviejų įrenginių. Šis šilumai laidus sluoksnis paprastai turi labai mažą šiluminę varžą, kuri yra šiluminės varžos nuo apvalkalo iki šilumos kriauklės dalis, išreikšta θcs. Paskutinis lygis yra radiatoriaus ir supančios aplinkos sąsaja, žymima θsa.

Šiluminė varža yra kaip rezistoriai elektroninėse grandinėse, kurios yra sujungtos nuosekliai. Visų šiluminių varžų suma yra bendra šiluminė varža nuo sandūros iki aplinkos oro.

Paprastai IC pardavėjai netiesiogiai arba aiškiai nurodo šiluminę varžą nuo sankryžos iki korpuso. Ši specifikacija gali būti pateikta kaip maksimali korpuso temperatūra, pašalinant vieną iš šiluminės varžos elementų. Taikymo IC projektuotojas nekontroliuoja jungties su korpusu šiluminės varžos charakteristikų. Tačiau dizaineris gali pasirinkti TIM ir aušintuvo funkcijas, kad visiškai atvėsintų IC ir išlaikytų sankryžos temperatūrą žemiau nurodytos maksimalios temperatūros.Paprastai tariant, kuo mažesnė TIM ir aušintuvo šiluminė varža, tuo žemesnė IC' korpuso temperatūra, kurią reikia aušinti.

2 Radiatoriaus pasirinkimo pavyzdys

„Ohmite“ siūlomi BG serijos aušintuvai yra skirti naudoti rutulinio tinklelio (BGA) arba plastikinio rutulinio tinklelio (PGBA) centriniame procesoriaus įrenginyje (CPU), grafikos apdorojimo bloke (GPU) ar panašiuose procesoriuose su kvadratinio paketo substratu (pav. 2).

Šioje serijoje yra 10 tipų aušintuvų, kurių pagrindai atitinka įprastas IC konfigūracijas, kurių dydis svyruoja nuo 15 × 15 milimetrų (mm) iki 45 × 45 mm, o pelekų plotai svyruoja nuo 2 060 iki 10 893 mm2 (1 lentelė). Šios RoHS reikalavimus atitinkančios šilumos kriauklės yra pagamintos iš juodai anoduoto 6063-T5 aliuminio lydinio.

Baigiamosios pastabos

Šilumos išsklaidymo požiūriu radiatorių pasirinkti gana paprasta. Kaip minėta pirmiau, „Ohmite BG“ serijos aušintuvas yra tinkamas BGA paketų IC aušinimo problemos sprendimas.