تقنية التبريد التي يمكنها تحسين تبديد الحرارة ومبدأ عملها
الآن ، دعونا ندخل في المشكلة النهائية التي يهتم بها الجميع: تبديد الحرارة.
زعنفة الحرارة
المشتت الحراري هو جهاز نقل حرارة سلبي. عند نقل الحرارة من عبوة IC إلى البيئة المحيطة ، تكون مقاومتها الحرارية أصغر بكثير من المقاومة الحرارية الموازية من العبوة إلى البيئة الناتجة عن الحمل الحراري والإشعاع الحراري.
يوضح الشكل 1 نموذج المقاومة الحرارية للمشتت الحراري N-fin (N هو رقم Fin) ، حيث يتم توصيل مادة الواجهة الحرارية (TIM) بأعلى الحزمة. نحتاج إلى TIM لتحسين الاتصال بين العبوة والمشتت الحراري ، لذلك يجب أن تتضمن المقاومة الحرارية الفعالة للمشتت الحراري المقاومة الحرارية لـ TIM.
تكافئ المقاومة المكافئة للمشتت الحراري تقريبًا مقاومة TIM بالإضافة إلى المقاومة الموجودة في الجزء السفلي من المشتت الحراري ، ومقاومة المشتت الحراري مقسومة على الرقم N نظرًا لأن مساحة المشتت الحراري يمكن أن تكون أكبر من مساحة السطح العلوية للحزمة ، يمكن أن يكون الحمل الحراري ومقاومة الإشعاع الحراري أصغر من مقاومة الحمل الحراري والإشعاع الحراري للسطح العلوي للحزمة. بالإضافة إلى ذلك ، إذا تم تقسيم المقاومة على عدد زعنفة المشتت الحراري ، فيمكن تحقيق تحسن بمقدار N مرة. ومع ذلك ، بالنسبة لمنطقة ركيزة مشتت حراري معينة ، عندما تكون الزيادة في الزعانف أعلى من كمية معينة ، فإنها ستؤدي في النهاية إلى زيادة المقاومة الحرارية لكل زعنفة: هذا لأن المشتتات الحرارية تبدأ في الاقتراب من بعضها البعض وتقليل التأثير الفعال معامل انتقال الحرارة. . ونظرًا لأن هذه المقاومة الحرارية تزيد بشكل مباشر من المقاومة الحرارية الفعالة للمشتت الحراري ، فمن المهم جدًا اختيار مواد توصيل حراري عالية للمشتت الحراري و TIM من أجل تحسين الأداء العام للمشتت الحراري.
تقليل الحرارة
هناك تقنية أخرى لتبريد الأنظمة الإلكترونية وهي استخدام فتحات حرارية ومشتتات حرارية لنشر المزيد من الحرارة من IC إلى الجزء الخلفي من ثنائي الفينيل متعدد الكلور. يمكن لثقوب تبديد الحرارة الموضوعة تحت IC أن تقلل بشكل كبير من المقاومة الحرارية لثنائي الفينيل متعدد الكلور وتساعد في توجيه الحرارة إلى لوحة تبديد الحرارة الموضوعة في الجزء السفلي من ثنائي الفينيل متعدد الكلور. المبرد مصنوع من مادة عالية التوصيل الحراري (مثل الجرافيت) وله مساحة سطح أكبر لتحسين تبديد الحرارة。
المعجب
عندما لا تكون المشتتات الحرارية السلبية أو المشعات كافية للتخلص من الحرارة ، يمكن للأنظمة الإلكترونية الاستهلاكية مثل أجهزة الكمبيوتر المكتبية وأجهزة الكمبيوتر المحمولة وأجهزة العرض وما إلى ذلك أيضًا استخدام المراوح الإلكترونية لتبديد الحرارة. تستخدم المراوح محركات كهربائية وتتطلب الكهرباء لتحريك تدفق الهواء بنشاط حول النظام لإزالة الحرارة. قد يتسبب ذلك في حدوث ضوضاء صوتية ، لذا يجب مراعاة مشكلات الضوضاء والموثوقية عند اختيار مروحة. يمكن للعديد من المراوح اليوم استخدام إشارات تعديل عرض النبضة (PWM) للتحكم في السرعة ، بحيث يمكنك تصميم نظام إدارة حراري لضبط سرعة المروحة ديناميكيًا بناءً على درجة حرارة النظام.
أنبوب الحرارة
أنبوب الحرارة عبارة عن جهاز لنقل الحرارة يستخدم مبادئ التوصيل الحراري وتغيير الطور لنقل الحرارة بين المكونات الصلبة. يشير تغيير طور أنبوب المبرد عادةً إلى العملية التي يصل فيها السائل إلى نقطة الغليان عند نهاية التبخر ويتبخر وينتشر في الأنبوب كغاز. بعد أن يصل إلى النهاية الباردة ، يتكثف ويطلق الحرارة ، ثم يتدفق السائل مرة أخرى إلى نهاية التبخر عن طريق عمل شعري. في حركة نقل الحرارة من نهاية التبخر إلى نهاية التكثيف ، سوف تتكرر هذه العملية باستمرار. تستخدم الأنابيب الحرارية أيضًا على نطاق واسع في الأنظمة الإلكترونية الاستهلاكية ، مثل أجهزة الكمبيوتر والأجهزة اللوحية والهواتف الذكية.
اختناق ديناميكي
أخيرًا ، كمهندسين كهربائيين ، يمكننا بالفعل استخدام تقنيات خنق الطاقة المختلفة للتحكم في استهلاك الطاقة للنظام ، ولكن هذا عادة ما يقلل من أداء النظام. هدفنا هو تمكين العملاء من الحصول على أفضل تجربة للمستخدم مع تقييم الأداء قدر الإمكان. تستخدم العديد من الأنظمة الإلكترونية الآن مستشعرات حرارية في جميع أنحاء PCB ، مما يسمح للمعالج الموجود على اللوحة بمراقبة درجة الحرارة في النظام واتخاذ قرارات الاختناق الديناميكي عند ارتفاع درجة الحرارة. كمهندسين كهربائيين ، نفهم بشكل طبيعي منحنيات الطاقة المختلفة للنظام. يمكننا تحقيق توقعاتنا من خلال تشغيل المروحة أو تقليل الوظائف أو تعطيل أجزاء مختلفة من النظام أو الحد من سرعة الساعة عندما تصل درجة حرارة النظام إلى درجات حرارة مختلفة.
