Radyatör seçimi ve uygulama esası
Çoğu elektronik bileşen, özellikle mikroişlemciler ve mikro denetleyiciler, boyut olarak sürekli küçülme nedeniyle termal yoğunlukta artmaya devam etmiştir. 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 etkili termal yönetim ve mevcut ısı emici 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.
1. Termal devre
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 cihaza zarar verir, 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, Ohm's yasasının, θ sembolü ile termal direnç kavramına dayalı elektriksel hesaplamasına benzer (Şekil 1).
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 olarak iletken tabaka genellikle çok düşük bir termal dirence sahiptir; bu, θcs ile ifade edilen, kabuktan ısı emiciye kadar olan termal direncin bir parçasıdır. 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'in ve ısı emicinin termal direnci ne kadar küçükse, soğutulacak IC'un kasasının sıcaklığı o kadar düşük olur.
2 Radyatör seçimi örneği
Ohmite tarafından sağlanan BG serisi ısı emiciler, top ızgara dizisi (BGA) veya plastik top ızgara dizisi (PGBA) merkezi işlem birimi (CPU), grafik işleme birimi (GPU) veya kare paket alt katmanına sahip benzer işlemcilerde kullanım için tasarlanmıştır (Şekil 2 ).
Bu seride, boyutları 15×15 milimetre (mm) ile 45×45 mm arasında değişen ortak IC konfigürasyonlarına uyan alt tabakalara ve 2.060 ila 10.893 mm2 arasında değişen kanat alanlarına sahip 10 tip ısı emici tasarımı vardır (Tablo 1). Bu RoHS uyumlu ısı emiciler, siyah anodize edilmiş 6063-T5 alüminyum alaşımından yapılmıştır.
son sözler
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.
