Radiaatorite valiku ja kasutamise alused

Enamiku elektroonikakomponentide, eriti mikroprotsessorite ja mikrokontrollerite soojustihedus on jätkuva suuruse vähenemise tõttu jätkuvalt kasvanud. Arvestades, et eeldatav eluiga, töökindlus ja jõudlus on pöördvõrdelised seadme töötemperatuuriga, on selle evolutsiooni tulemuseks see, et soojusdisain ja -haldus on muutunud oluliseks disainiprobleemiks. Seetõttu vastutab projekteerija' selge arusaam tõhusast soojusjuhtimisest ja saadaolevatest jahutusradiaatorite lahendustest, et hoida seadmete töötemperatuur tarnija seatud vahemikus.

Radiaatori tööpõhimõte on suurendada seadme jahutusvedelikuga (õhuga) kokkupuutuva pinda. Kui radiaator on õigesti paigaldatud, võib see vähendada seadmete temperatuuri, parandades soojuse ülekandmist tahke õhu piiril jahedamale välisõhku.

1. Soojusahel

Integraallülituse (IC) võimsus hajub aktiivse transistori ristmikult soojuse kujul ja ühenduskoha temperatuur on võrdeline hajutatud võimsusega. Tootja määrab maksimaalse ristmiku temperatuuri, kuid üldiselt on see umbes 150°C. Selle ristmiku temperatuuri ületamine põhjustab üldjuhul seadme kahjustusi, seega peab projekteerija leidma viise, kuidas IC-st võimalikult palju soojust üle kanda. Selleks saavad nad soojuse voolu mõõtmiseks toetuda üsna lihtsale mudelile. See mudel sarnaneb soojustakistuse mõistel põhineva Ohmi' seaduse elektrilise arvutusega sümboliga θ (joonis 1).

sisse:

θ on soojustakistus üle soojusbarjääri ühikutes ℃/W.

∆T on soojusbarjääri temperatuuride erinevus ℃.

P on sõlme poolt hajutatud võimsus vattides.

IC ja jahutusradiaatori füüsilisest paigutusest tulenevalt on palju termilisi liideseid. Esimene on ristmiku ja IC korpuse vahel ning seda tähistab soojustakistus θjc.

Jahutusradiaator on ühendatud IC-ga termilise liidese materjali (TIM) abil, nagu termopasta või termolint, et suurendada kahe seadme vahelist soojusjuhtivust. Sellel soojust juhtival kihil on üldiselt väga madal soojustakistus, mis on osa soojustakistusest kestast jahutusradiaatorini, väljendatuna θcs. Viimane tase on liides radiaatori ja ümbritseva keskkonna vahel, mida tähistatakse θsa-ga.

Soojustakistus on nagu elektroonikaahelate takistid, mis on ühendatud järjestikku. Kõigi soojustakistuste summa on kogu soojustakistus ristmikust välisõhuni.

Üldiselt määravad IC-müüjad kaudselt või otseselt soojustakistuse ristmikult korpuseni. Selle spetsifikatsiooni võib esitada korpuse maksimaalse temperatuuri kujul, välistades ühe soojustakistuse elemendi. Rakenduse IC projekteerijal puudub kontroll korpuse ristmiku soojustakistuse omaduste üle. Kuid disainer saab valida TIM-i ja jahutusradiaatori funktsioonid, et IC täielikult jahutada ja hoida ristmiku temperatuuri allpool määratud maksimaalset temperatuuri.Üldiselt võib öelda, et mida väiksem on TIM-i ja jahutusradiaatori soojustakistus, seda madalam on jahutatava IC' korpuse temperatuur.

2 Radiaatori valiku näide

Ohmite'i pakutavad BG-seeria jahutusradiaatorid on mõeldud kasutamiseks kuulvõre massiivi (BGA) või plastist kuulvõre massiivi (PGBA) keskprotsessorites (CPU), graafikaprotsessorites (GPU) või sarnastes ruudukujulise aluspinnaga protsessorites (joonis). 2).

Selles seerias on 10 tüüpi jahutusradiaatoreid, mille põhimikud vastavad tavapärastele IC-konfiguratsioonidele, mõõtmetega 15 × 15 mm (mm) kuni 45 × 45 mm ja ribide alad vahemikus 2060–10 893 mm2 (tabel 1). Need RoHS-iga ühilduvad jahutusradiaatorid on valmistatud mustaks anodeeritud 6063-T5 alumiiniumsulamist.

Lõppsõna

Soojuse hajumise seisukohalt on radiaatori valimine suhteliselt lihtne. Nagu eespool mainitud, pakub Ohmite BG seeria jahutusradiaator teostatavat lahendust BGA-pakettides olevate IC-de jahutusprobleemidele.