Sådan holder du lav temperatur: radiatorvalg og anvendelsesgrundlag
De fleste elektroniske komponenter, især mikroprocessorer og mikrocontrollere, fortsætter med at stige i termisk tæthed på grund af den fortsatte krympning af deres størrelse. I betragtning af at forventet levetid, pålidelighed og ydeevne er omvendt proportional med enhedens driftstemperatur, er resultatet af denne udvikling, at termisk design og styring er blevet et stort designproblem. Derfor er det designerens's ansvar at have en klar forståelse af effektiv termisk styring og tilgængelige radiatorløsninger for at holde udstyrets driftstemperatur inden for det område, der er fastsat af leverandøren.
Radiatorens arbejdsprincip er at øge overfladearealet af enheden, der er udsat for kølevæsken (luft). Hvis radiatoren er installeret korrekt, kan den reducere udstyrets temperatur ved at forbedre overførslen af varme over fastluftgrænsen til den køligere omgivende luft.
Denne artikel skitserer valget af køleplade og giver vejledning om korrekt design, komponentvalg og bedste praksis for at opnå fremragende termisk ydeevne. Den beskriver også Ohmite's radiatorløsning som et eksempel. De fleste elektroniske komponenter, især mikroprocessorer og mikrocontrollere, fortsætter med at stige i termisk tæthed på grund af den fortsatte krympning af deres størrelse. I betragtning af at forventet levetid, pålidelighed og ydeevne er omvendt proportional med enhedens driftstemperatur, er resultatet af denne udvikling, at termisk design og styring er blevet et stort designproblem. Derfor er det designerens's ansvar at have en klar forståelse af effektiv termisk styring og tilgængelige radiatorløsninger for at holde udstyrets driftstemperatur inden for det område, der er fastsat af leverandøren.
Radiatorens arbejdsprincip er at øge overfladearealet af enheden, der er udsat for kølevæsken (luft). Hvis radiatoren er installeret korrekt, kan den reducere udstyrets temperatur ved at forbedre overførslen af varme over fastluftgrænsen til den køligere omgivende luft.
Denne artikel skitserer valget af køleplade og giver vejledning om korrekt design, komponentvalg og bedste praksis for at opnå fremragende termisk ydeevne. Den beskriver også Ohmite's radiatorløsning som et eksempel.
Effekten i et integreret kredsløb (IC) afgives i form af varme fra den aktive transistorforbindelse, og overgangens temperatur er proportional med den afsatte effekt. Producenten angiver den maksimale overgangstemperatur, men den er generelt omkring 150°C. Overskridelse af denne overgangstemperatur vil generelt forårsage beskadigelse af enheden, så designeren skal finde måder at overføre så meget varme som muligt fra IC. For at gøre dette kan de stole på en ret simpel model til at måle varmestrømmen. Denne model ligner den elektriske beregning af Ohms lov, baseret på begrebet termisk modstand, med symbolet θ.
Termisk modstand refererer til den modstand, der opstår, når varme strømmer fra et medium til et andet. Dens enhed er Celsius/Watt (°C/W), som er defineret som følger:
i:
θ er den termiske modstand over den termiske barriere i ℃/W. ∆T er temperaturforskellen over den termiske barriere i ℃.
P er den effekt, der afgives af noden, i watt. Fra det fysiske layout af IC'en og kølepladen er der mange termiske grænseflader. Den første er mellem krydset og tilfældet af IC og er repræsenteret af den termiske modstand θjc.
Kølepladen er bundet til IC'en ved hjælp af termisk grænseflademateriale (TIM) såsom termisk pasta eller termisk tape for at forbedre den termiske ledningsevne mellem de to enheder. Dette termisk ledende lag har generelt en meget lav termisk modstand, som er en del af den termiske modstand fra skallen til kølepladen og er repræsenteret ved θcs. Det sidste niveau er grænsefladen mellem radiatoren og det omgivende miljø, betegnet med θsa.
Termisk modstand er som modstande i elektroniske kredsløb, som er forbundet i serie. Summen af alle termiske modstande er den totale termiske modstand fra krydset til den omgivende luft.
Generelt vil IC-leverandører implicit eller eksplicit specificere den termiske modstand fra junction til case. Denne specifikation kan leveres i form af maksimal kassetemperatur, hvilket eliminerer et af de termiske modstandselementer. Designeren af applikationens IC har ingen kontrol over de termiske modstandskarakteristika for forbindelsen til kabinettet. Designeren kan dog vælge TIM- og kølepladefunktionerne for at køle IC'en fuldstændigt og holde overgangstemperaturen under den angivne maksimumtemperatur. Generelt gælder det, at jo mindre den termiske modstand af TIM og kølepladen er, jo lavere er husets temperatur på den IC, der skal køles.
Fra varmeafledningsperspektivet er det relativt enkelt at vælge en radiator. Som nævnt ovenfor giver Ohmite BG-seriens køleplade en gennemførlig løsning på køleproblemet med IC'er i BGA-pakker.
