Kako održati nisku temperaturu: izbor radijatora i osnova primjene
Većina elektronskih komponenti, posebno mikroprocesora i mikrokontrolera, nastavlja da povećava termičku gustinu zbog stalnog smanjenja njihove veličine. S obzirom da su životni vijek, pouzdanost i performanse obrnuto proporcionalni radnoj temperaturi uređaja, rezultat ove evolucije je da su termalni dizajn i upravljanje postali glavni problem dizajna. Stoga je odgovornost dizajnera' da ima jasno razumijevanje o efikasnom upravljanju toplinom i dostupnim radijatorskim rješenjima kako bi se radna temperatura opreme održavala u rasponu koji je odredio dobavljač.
Princip rada radijatora je povećanje površine uređaja izloženog rashladnoj tečnosti (vazduh). Ako je radijator pravilno instaliran, može smanjiti temperaturu opreme poboljšanjem prijenosa topline preko granice čvrstog zraka na hladniji ambijentalni zrak.
Ovaj članak opisuje izbor hladnjaka i pruža smjernice o pravilnom dizajnu, odabiru komponenti i najboljim praksama za postizanje odličnih termičkih performansi. Takođe opisuje rešenje radijatora Ohmite' kao primer. Većina elektronskih komponenti, posebno mikroprocesora i mikrokontrolera, nastavlja da povećava termičku gustinu zbog stalnog smanjenja njihove veličine. S obzirom da su životni vijek, pouzdanost i performanse obrnuto proporcionalni radnoj temperaturi uređaja, rezultat ove evolucije je da su termalni dizajn i upravljanje postali glavni problem dizajna. Stoga je odgovornost dizajnera' da ima jasno razumijevanje o efikasnom upravljanju toplinom i dostupnim radijatorskim rješenjima kako bi se radna temperatura opreme održavala u rasponu koji je odredio dobavljač.
Princip rada radijatora je povećanje površine uređaja izloženog rashladnoj tečnosti (vazduh). Ako je radijator pravilno instaliran, može smanjiti temperaturu opreme poboljšanjem prijenosa topline preko granice čvrstog zraka na hladniji ambijentalni zrak.
Ovaj članak opisuje izbor hladnjaka i pruža smjernice o pravilnom dizajnu, odabiru komponenti i najboljim praksama za postizanje odličnih termičkih performansi. Takođe opisuje rešenje radijatora Ohmite' kao primer.
Snaga u integriranom kolu (IC) se raspršuje u obliku topline iz aktivnog tranzistorskog spoja, a temperatura spoja je proporcionalna rasipanoj snazi. Proizvođač navodi maksimalnu temperaturu spoja, ali ona je općenito oko 150°C. Prekoračenje ove temperature spoja općenito će uzrokovati oštećenje uređaja, tako da dizajner mora pronaći načine da prenese što je moguće više topline iz IC-a. Da bi to učinili, mogu se osloniti na prilično jednostavan model za mjerenje protoka topline. Ovaj model je sličan električnom proračunu Ohmovog zakona, zasnovanog na konceptu toplotnog otpora, sa simbolom θ.
Toplotni otpor odnosi se na otpor koji se javlja kada toplina teče iz jednog medija u drugi. Njegova jedinica je Celzijus/Watt (°C/W), što je definirano na sljedeći način:
u:
θ je toplotna otpornost preko termalne barijere u ℃/W. ∆T je temperaturna razlika preko termalne barijere u ℃.
P je snaga koju čvor troši, u vatima. Od fizičkog rasporeda IC-a i hladnjaka, postoji mnogo termalnih interfejsa. Prvi je između spoja i kućišta IC-a i predstavljen je termičkim otporom θjc.
Hladnjak je vezan za IC pomoću materijala termičkog interfejsa (TIM) kao što je termalna pasta ili termalna traka kako bi se poboljšala toplotna provodljivost između dva uređaja. Ovaj toplotno provodljivi sloj generalno ima veoma nisku toplotnu otpornost, koja je deo toplotnog otpora od školjke do hladnjaka i predstavljena je sa θcs. Poslednji nivo je interfejs između radijatora i okolnog okruženja, označen sa θsa.
Toplotni otpor je poput otpornika u elektronskim kolima, koji su povezani u seriju. Zbir svih toplotnih otpora je ukupni toplotni otpor od spoja do okolnog vazduha.
Općenito, dobavljači IC-a će implicitno ili eksplicitno specificirati toplinski otpor od spoja do kućišta. Ova specifikacija se može dati u obliku maksimalne temperature kućišta, eliminirajući jedan od elemenata termičke otpornosti. Dizajner IC aplikacije nema kontrolu nad karakteristikama termičkog otpora spoja na kućište. Međutim, dizajner može odabrati karakteristike TIM-a i hladnjaka kako bi u potpunosti ohladio IC i održao temperaturu spoja ispod specificirane maksimalne temperature. Uopšteno govoreći, što je manji toplotni otpor TIM-a i hladnjaka, to je niža temperatura kućišta IC-a koji se hladi.
Iz perspektive odvođenja topline, odabir radijatora je relativno jednostavan. Kao što je gore spomenuto, hladnjak serije Ohmite BG pruža izvodljivo rješenje za problem hlađenja IC-a u BGA paketima.
