Radiatorvalg og bruksgrunnlag

De fleste elektroniske komponenter, spesielt mikroprosessorer og mikrokontrollere, har fortsatt å øke i termisk tetthet på grunn av fortsatt krymping i størrelse. 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 kjøleribbeløsninger 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.

1. Termisk krets

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 Ohm's lov, basert på konseptet termisk motstand, med symbolet θ (Figur 1).

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, uttrykt 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 temperaturen på IC's kabinett som skal avkjøles.

2 Eksempel på valg av radiator

BG-seriens kjøleribber levert av Ohmite er designet for bruk i ball grid array (BGA) eller plast ball grid array (PGBA) sentral prosesseringsenhet (CPU), grafikkbehandlingsenhet (GPU) eller lignende prosessorer med et kvadratisk pakkesubstrat (figur 2).

Det er 10 typer kjøleribbedesign i denne serien, med underlag som matcher vanlige IC-konfigurasjoner, i størrelse fra 15 × 15 millimeter (mm) til 45 × 45 mm, og finneområder som varierer fra 2 060 til 10 893 mm2 (tabell 1). Disse RoHS-kompatible kjøleribbene er laget av svart anodisert 6063-T5 aluminiumslegering.

Avsluttende kommentarer

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.