Hvordan holde lav temperatur: radiatorvalg og bruksgrunnlag
De fleste elektroniske komponenter, spesielt mikroprosessorer og mikrokontrollere, fortsetter å øke i termisk tetthet på grunn av den fortsatte krympingen av størrelsen. Gitt at forventet levetid, pålitelighet og ytelse er omvendt proporsjonal med driftstemperaturen til enheten, er resultatet av denne utviklingen at termisk design og styring har blitt et stort designproblem. Derfor er det designerens's ansvar å ha en klar forståelse av effektiv termisk styring og tilgjengelige radiatorløsninger for å holde driftstemperaturen til utstyret innenfor området satt av leverandøren.
Funksjonsprinsippet til radiatoren er å øke overflaten til enheten som er utsatt for kjølevæsken (luft). Hvis radiatoren er riktig installert, kan den redusere temperaturen på utstyret ved å forbedre overføringen av varme over fastluftgrensen til den kjøligere omgivelsesluften.
Denne artikkelen skisserer valget av kjøleribbe og gir veiledning om riktig design, komponentvalg og beste praksis for å oppnå utmerket termisk ytelse. Den beskriver også Ohmite's radiatorløsning som et eksempel. De fleste elektroniske komponenter, spesielt mikroprosessorer og mikrokontrollere, fortsetter å øke i termisk tetthet på grunn av den fortsatte krympingen av størrelsen. Gitt at forventet levetid, pålitelighet og ytelse er omvendt proporsjonal med driftstemperaturen til enheten, er resultatet av denne utviklingen at termisk design og styring har blitt et stort designproblem. Derfor er det designerens's ansvar å ha en klar forståelse av effektiv termisk styring og tilgjengelige radiatorløsninger for å holde driftstemperaturen til utstyret innenfor området satt av leverandøren.
Funksjonsprinsippet til radiatoren er å øke overflaten til enheten som er utsatt for kjølevæsken (luft). Hvis radiatoren er riktig installert, kan den redusere temperaturen på utstyret ved å forbedre overføringen av varme over fastluftgrensen til den kjøligere omgivelsesluften.
Denne artikkelen skisserer valget av kjøleribbe og gir veiledning om riktig design, komponentvalg og beste praksis for å oppnå utmerket termisk ytelse. Den beskriver også Ohmite's radiatorløsning som et eksempel.
Kraften i en integrert krets (IC) forsvinner i form av varme fra det aktive transistorkrysset, og temperaturen på krysset er proporsjonalt med effekten som tapes. Produsenten angir den maksimale krysstemperaturen, men den er vanligvis rundt 150°C. Overskridelse av denne overgangstemperaturen vil generelt føre til skade på enheten, så designeren må finne måter å overføre så mye varme som mulig fra IC. For å gjøre dette kan de stole på en ganske enkel modell for å måle varmestrømmen. Denne modellen ligner den elektriske beregningen av Ohms lov, basert på begrepet termisk motstand, med symbolet θ.
Termisk motstand refererer til motstanden som oppstår når varme strømmer fra et medium til et annet. Enheten er Celsius/Watt (°C/W), som er definert som følger:
i:
θ er den termiske motstanden over den termiske barrieren i ℃/W. ∆T er temperaturforskjellen over den termiske barrieren i ℃.
P er effekten som dissiperes av noden, i watt. Fra den fysiske utformingen av IC og kjøleribben er det mange termiske grensesnitt. Den første er mellom krysset og tilfellet til IC og er representert av den termiske motstanden θjc.
Kjøleribben er bundet til IC ved hjelp av termisk grensesnittmateriale (TIM) som termisk pasta eller termisk tape for å forbedre den termiske ledningsevnen mellom de to enhetene. Dette termisk ledende laget har generelt en svært lav termisk motstand, som er en del av den termiske motstanden fra skallet til kjøleribben og er representert ved θcs. Det siste nivået er grensesnittet mellom radiatoren og omgivelsene, betegnet med θsa.
Termisk motstand er som motstander i elektroniske kretser, som er koblet i serie. Summen av alle termiske motstander er den totale termiske motstanden fra krysset til omgivelsesluften.
Generelt vil IC-leverandører implisitt eller eksplisitt spesifisere den termiske motstanden fra kobling til kasse. Denne spesifikasjonen kan gis i form av maksimal hustemperatur, og eliminerer ett av de termiske motstandselementene. Designeren av applikasjonens IC har ingen kontroll over de termiske motstandskarakteristikkene til krysset til kabinettet. Designeren kan imidlertid velge funksjonene TIM og kjøleribbe for å kjøle ned IC fullstendig og holde overgangstemperaturen under den angitte maksimaltemperaturen. Generelt sett, jo mindre termisk motstand til TIM og kjøleribben, desto lavere er husets temperatur på IC som skal kjøles.
Fra perspektivet til varmespredning er det relativt enkelt å velge en radiator. Som nevnt ovenfor gir Ohmite BG-seriens kjøleribbe en gjennomførbar løsning på kjøleproblemet med IC-er i BGA-pakker.
