Πώς να διατηρήσετε χαμηλή θερμοκρασία: επιλογή καλοριφέρ και βάση εφαρμογής
Τα περισσότερα ηλεκτρονικά εξαρτήματα, ειδικά οι μικροεπεξεργαστές και οι μικροελεγκτές, συνεχίζουν να αυξάνουν τη θερμική τους πυκνότητα λόγω της συνεχιζόμενης συρρίκνωσης του μεγέθους τους. Δεδομένου ότι το προσδόκιμο ζωής, η αξιοπιστία και η απόδοση είναι αντιστρόφως ανάλογες με τη θερμοκρασία λειτουργίας της συσκευής, το αποτέλεσμα αυτής της εξέλιξης είναι ότι ο θερμικός σχεδιασμός και η διαχείριση έχουν γίνει μείζον θέμα σχεδιασμού. Ως εκ τούτου, είναι ευθύνη του σχεδιαστή' να έχει σαφή κατανόηση της αποτελεσματικής διαχείρισης θερμότητας και των διαθέσιμων λύσεων καλοριφέρ για να διατηρεί τη θερμοκρασία λειτουργίας του εξοπλισμού εντός του εύρους που έχει ορίσει ο προμηθευτής.
Η αρχή λειτουργίας του ψυγείου είναι να αυξήσει την επιφάνεια της συσκευής που εκτίθεται στο ψυκτικό υγρό (αέρας). Εάν το ψυγείο έχει εγκατασταθεί σωστά, μπορεί να μειώσει τη θερμοκρασία του εξοπλισμού βελτιώνοντας τη μεταφορά θερμότητας κατά μήκος του ορίου στερεού αέρα προς τον ψυχρότερο αέρα περιβάλλοντος.
Αυτό το άρθρο περιγράφει την επιλογή της ψύκτρας και παρέχει οδηγίες σχετικά με τον σωστό σχεδιασμό, την επιλογή εξαρτημάτων και τις βέλτιστες πρακτικές για την επίτευξη εξαιρετικής θερμικής απόδοσης. Περιγράφει επίσης τη λύση καλοριφέρ Ohmite's ως παράδειγμα. Τα περισσότερα ηλεκτρονικά εξαρτήματα, ειδικά οι μικροεπεξεργαστές και οι μικροελεγκτές, συνεχίζουν να αυξάνουν τη θερμική τους πυκνότητα λόγω της συνεχιζόμενης συρρίκνωσης του μεγέθους τους. Δεδομένου ότι το προσδόκιμο ζωής, η αξιοπιστία και η απόδοση είναι αντιστρόφως ανάλογες με τη θερμοκρασία λειτουργίας της συσκευής, το αποτέλεσμα αυτής της εξέλιξης είναι ότι ο θερμικός σχεδιασμός και η διαχείριση έχουν γίνει μείζον θέμα σχεδιασμού. Ως εκ τούτου, είναι ευθύνη του σχεδιαστή' να έχει σαφή κατανόηση της αποτελεσματικής διαχείρισης θερμότητας και των διαθέσιμων λύσεων καλοριφέρ για να διατηρεί τη θερμοκρασία λειτουργίας του εξοπλισμού εντός του εύρους που έχει ορίσει ο προμηθευτής.
Η αρχή λειτουργίας του ψυγείου είναι να αυξήσει την επιφάνεια της συσκευής που εκτίθεται στο ψυκτικό υγρό (αέρας). Εάν το ψυγείο έχει εγκατασταθεί σωστά, μπορεί να μειώσει τη θερμοκρασία του εξοπλισμού βελτιώνοντας τη μεταφορά θερμότητας κατά μήκος του ορίου στερεού αέρα προς τον ψυχρότερο αέρα περιβάλλοντος.
Αυτό το άρθρο περιγράφει την επιλογή της ψύκτρας και παρέχει οδηγίες σχετικά με τον σωστό σχεδιασμό, την επιλογή εξαρτημάτων και τις βέλτιστες πρακτικές για την επίτευξη εξαιρετικής θερμικής απόδοσης. Περιγράφει επίσης τη λύση καλοριφέρ Ohmite's ως παράδειγμα.
Η ισχύς σε ένα ολοκληρωμένο κύκλωμα (IC) διαχέεται με τη μορφή θερμότητας από την ενεργή διασταύρωση τρανζίστορ και η θερμοκρασία της διασταύρωσης είναι ανάλογη της ισχύος που διαχέεται. Ο κατασκευαστής καθορίζει τη μέγιστη θερμοκρασία διασταύρωσης, αλλά γενικά είναι περίπου 150°C. Η υπέρβαση αυτής της θερμοκρασίας σύνδεσης θα προκαλέσει γενικά ζημιά στη συσκευή, επομένως ο σχεδιαστής πρέπει να βρει τρόπους να μεταφέρει όσο το δυνατόν περισσότερη θερμότητα από το IC. Για να γίνει αυτό, μπορούν να βασιστούν σε ένα αρκετά απλό μοντέλο για να μετρήσουν τη ροή της θερμότητας. Αυτό το μοντέλο είναι παρόμοιο με τον ηλεκτρικό υπολογισμό του νόμου του Ohm, με βάση την έννοια της θερμικής αντίστασης, με το σύμβολο θ.
Η θερμική αντίσταση αναφέρεται στην αντίσταση που συναντάται όταν η θερμότητα ρέει από το ένα μέσο στο άλλο. Η μονάδα του είναι Κελσίου/Watt (°C/W), η οποία ορίζεται ως εξής:
σε:
θ είναι η θερμική αντίσταση κατά μήκος του θερμικού φράγματος σε ℃/W. ΔT είναι η διαφορά θερμοκρασίας κατά μήκος του θερμικού φράγματος σε ℃.
P είναι η ισχύς που καταναλώνεται από τον κόμβο, σε watt. Από τη φυσική διάταξη του IC και της ψύκτρας, υπάρχουν πολλές θερμικές διεπαφές. Το πρώτο είναι μεταξύ της διασταύρωσης και της θήκης του IC και αντιπροσωπεύεται από τη θερμική αντίσταση θjc.
Η ψύκτρα συνδέεται με το IC χρησιμοποιώντας υλικό θερμικής διεπαφής (TIM) όπως θερμική πάστα ή θερμική ταινία για την ενίσχυση της θερμικής αγωγιμότητας μεταξύ των δύο συσκευών. Αυτό το θερμικά αγώγιμο στρώμα έχει γενικά πολύ χαμηλή θερμική αντίσταση, η οποία αποτελεί μέρος της θερμικής αντίστασης από το κέλυφος προς την ψύκτρα και αντιπροσωπεύεται από θcs. Το τελευταίο επίπεδο είναι η διεπαφή μεταξύ του ψυγείου και του περιβάλλοντος περιβάλλοντος, που συμβολίζεται με θsa.
Η θερμική αντίσταση είναι όπως οι αντιστάσεις σε ηλεκτρονικά κυκλώματα, τα οποία συνδέονται σε σειρά. Το άθροισμα όλων των θερμικών αντιστάσεων είναι η συνολική θερμική αντίσταση από τη διασταύρωση στον αέρα του περιβάλλοντος.
Γενικά, οι πωλητές IC θα καθορίζουν έμμεσα ή ρητά τη θερμική αντίσταση από διασταύρωση σε θήκη. Αυτή η προδιαγραφή μπορεί να παρέχεται με τη μορφή μέγιστης θερμοκρασίας θήκης, εξαλείφοντας ένα από τα στοιχεία θερμικής αντίστασης. Ο σχεδιαστής της εφαρμογής IC δεν ελέγχει τα χαρακτηριστικά θερμικής αντίστασης της διασταύρωσης με τη θήκη. Ωστόσο, ο σχεδιαστής μπορεί να επιλέξει τις λειτουργίες TIM και ψύκτρας για να κρυώσει πλήρως το IC και να διατηρήσει τη θερμοκρασία διακλάδωσης κάτω από την καθορισμένη μέγιστη θερμοκρασία. Σε γενικές γραμμές, όσο μικρότερη είναι η θερμική αντίσταση του TIM και της ψύκτρας, τόσο χαμηλότερη είναι η θερμοκρασία της θήκης του IC που πρόκειται να ψυχθεί.
Από την άποψη της απαγωγής θερμότητας, η επιλογή ενός καλοριφέρ είναι σχετικά απλή. Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, η ψύκτρα της σειράς Ohmite BG παρέχει μια εφικτή λύση στο πρόβλημα ψύξης των IC σε πακέτα BGA.
