Düşük sıcaklık nasıl korunur: radyatör seçimi ve uygulama esası
Çoğu elektronik bileşen, özellikle mikroişlemciler ve mikro denetleyiciler, boyutlarının sürekli küçülmesi nedeniyle termal yoğunlukta artmaya devam eder. Ömür beklentisi, güvenilirlik ve performansın cihazın çalışma sıcaklığıyla ters orantılı olduğu göz önüne alındığında, bu evrimin sonucu, termal tasarım ve yönetimin önemli bir tasarım konusu haline gelmesidir. Bu nedenle, ekipmanın çalışma sıcaklığını tedarikçi tarafından belirlenen aralıkta tutmak için etkin termal yönetim ve mevcut radyatör çözümlerine ilişkin net bir anlayışa sahip olmak tasarımcının'nin sorumluluğundadır.
Radyatörün çalışma prensibi, cihazın soğutucuya (havaya) maruz kalan yüzey alanını arttırmaktır. Radyatör düzgün bir şekilde kurulursa, katı hava sınırı boyunca daha soğuk ortam havasına ısı transferini iyileştirerek ekipmanın sıcaklığını azaltabilir.
Bu makale, soğutucu seçiminin ana hatlarını verir ve mükemmel termal performans elde etmek için doğru tasarım, bileşen seçimi ve en iyi uygulamalar hakkında rehberlik sağlar. Ayrıca örnek olarak Ohmite'un radyatör çözümünü de açıklamaktadır. Çoğu elektronik bileşen, özellikle mikroişlemciler ve mikro denetleyiciler, boyutlarının sürekli küçülmesi nedeniyle termal yoğunlukta artmaya devam eder. Ömür beklentisi, güvenilirlik ve performansın cihazın çalışma sıcaklığıyla ters orantılı olduğu göz önüne alındığında, bu evrimin sonucu, termal tasarım ve yönetimin önemli bir tasarım konusu haline gelmesidir. Bu nedenle, ekipmanın çalışma sıcaklığını tedarikçi tarafından belirlenen aralıkta tutmak için etkin termal yönetim ve mevcut radyatör çözümlerine ilişkin net bir anlayışa sahip olmak tasarımcının'nin sorumluluğundadır.
Radyatörün çalışma prensibi, cihazın soğutucuya (havaya) maruz kalan yüzey alanını arttırmaktır. Radyatör düzgün bir şekilde kurulursa, katı hava sınırı boyunca daha soğuk ortam havasına ısı transferini iyileştirerek ekipmanın sıcaklığını azaltabilir.
Bu makale, soğutucu seçiminin ana hatlarını verir ve mükemmel termal performans elde etmek için doğru tasarım, bileşen seçimi ve en iyi uygulamalar hakkında rehberlik sağlar. Ayrıca örnek olarak Ohmite'un radyatör çözümünü de açıklamaktadır.
Bir entegre devredeki (IC) güç, aktif transistör bağlantısından ısı şeklinde dağıtılır ve bağlantının sıcaklığı, harcanan güçle orantılıdır. Üretici maksimum bağlantı sıcaklığını belirtir, ancak genellikle 150°C civarındadır. Bu bağlantı sıcaklığının aşılması genellikle cihazda hasara neden olur, bu nedenle tasarımcı IC'den mümkün olduğunca fazla ısı aktarmanın yollarını bulmalıdır. Bunu yapmak için, ısı akışını ölçmek için oldukça basit bir modele güvenebilirler. Bu model, θ sembolü ile termal direnç kavramına dayanan Ohm yasasının elektriksel hesaplamasına benzer.
Termal direnç, ısı bir ortamdan diğerine akarken karşılaşılan direnci ifade eder. Birimi Celsius/Watt'tır (°C/W), bu da aşağıdaki gibi tanımlanır:
içinde:
θ, ℃/W cinsinden termal bariyeri geçen termal dirençtir. ∆T, ℃ cinsinden termal bariyer boyunca sıcaklık farkıdır.
P, düğüm tarafından watt cinsinden harcanan güçtür. IC'nin ve ısı emicinin fiziksel yerleşiminden birçok termal arayüz vardır. Birincisi, bağlantı ile IC'nin durumu arasındadır ve termal direnç θjc ile temsil edilir.
Isı emici, iki cihaz arasındaki termal iletkenliği artırmak için termal macun veya termal bant gibi termal arayüz malzemesi (TIM) kullanılarak IC'ye bağlanır. Bu termal iletken tabaka genellikle çok düşük bir termal dirence sahiptir; bu, kabuktan ısı emiciye kadar olan termal direncin bir parçasıdır ve θcs ile temsil edilir. Son seviye, θsa ile gösterilen radyatör ve çevredeki ortam arasındaki arayüzdür.
Termal direnç, elektronik devrelerdeki seri bağlı dirençler gibidir. Tüm termal dirençlerin toplamı, bağlantıdan ortam havasına kadar olan toplam termal dirençtir.
Genel olarak, IC satıcıları, bağlantıdan duruma termal direnci örtük veya açık bir şekilde belirtecektir. Bu spesifikasyon, termal direnç elemanlarından birini ortadan kaldırarak maksimum kasa sıcaklığı şeklinde sağlanabilir. Uygulama IC'sinin tasarımcısı, kasaya bağlantının termal direnç özellikleri üzerinde hiçbir kontrole sahip değildir. Ancak tasarımcı, IC'yi tamamen soğutmak ve bağlantı sıcaklığını belirtilen maksimum sıcaklığın altında tutmak için TIM ve ısı emici özelliklerini seçebilir. Genel olarak konuşursak, TIM ve soğutucunun termal direnci ne kadar küçükse, soğutulacak IC'nin kasa sıcaklığı o kadar düşük olur.
Isı dağılımı açısından bakıldığında, bir radyatör seçmek nispeten basittir. Yukarıda bahsedildiği gibi, Ohmite BG serisi ısı emici, BGA paketlerindeki IC'lerin soğutma sorununa uygulanabilir bir çözüm sunar.
