كيفية الحفاظ على درجة حرارة منخفضة: اختيار المبرد وأساس التطبيق
تستمر معظم المكونات الإلكترونية ، وخاصة المعالجات الدقيقة ووحدات التحكم الدقيقة ، في الزيادة في الكثافة الحرارية بسبب استمرار تقلص حجمها. بالنظر إلى أن متوسط العمر المتوقع والموثوقية والأداء يتناسب عكسياً مع درجة حرارة تشغيل الجهاز ، فإن نتيجة هذا التطور هي أن التصميم الحراري والإدارة أصبحت مشكلة تصميم رئيسية. لذلك ، تقع على عاتق المصمم&مسؤولية الحصول على فهم واضح للإدارة الحرارية الفعالة وحلول الرادياتير المتاحة للحفاظ على درجة حرارة تشغيل المعدات ضمن النطاق الذي حدده المورد.
مبدأ عمل المبرد هو زيادة مساحة سطح الجهاز المعرضة لسائل التبريد (الهواء). إذا تم تثبيت المبرد بشكل صحيح ، فيمكنه تقليل درجة حرارة الجهاز عن طريق تحسين نقل الحرارة عبر حدود الهواء الصلب إلى الهواء المحيط الأكثر برودة.
توضح هذه المقالة اختيار المشتت الحراري وتقدم إرشادات حول التصميم المناسب واختيار المكونات وأفضل الممارسات لتحقيق أداء حراري ممتاز. كما يصف محلول مشعاع أوميت&كمثال. تستمر معظم المكونات الإلكترونية ، وخاصة المعالجات الدقيقة ووحدات التحكم الدقيقة ، في الزيادة في الكثافة الحرارية بسبب استمرار تقلص حجمها. بالنظر إلى أن متوسط العمر المتوقع والموثوقية والأداء يتناسب عكسياً مع درجة حرارة تشغيل الجهاز ، فإن نتيجة هذا التطور هي أن التصميم الحراري والإدارة أصبحت مشكلة تصميم رئيسية. لذلك ، تقع على عاتق المصمم&مسؤولية الحصول على فهم واضح للإدارة الحرارية الفعالة وحلول الرادياتير المتاحة للحفاظ على درجة حرارة تشغيل المعدات ضمن النطاق الذي حدده المورد.
مبدأ عمل المبرد هو زيادة مساحة سطح الجهاز المعرضة لسائل التبريد (الهواء). إذا تم تثبيت المبرد بشكل صحيح ، فيمكنه تقليل درجة حرارة الجهاز عن طريق تحسين نقل الحرارة عبر حدود الهواء الصلب إلى الهواء المحيط الأكثر برودة.
توضح هذه المقالة اختيار المشتت الحراري وتقدم إرشادات حول التصميم المناسب واختيار المكونات وأفضل الممارسات لتحقيق أداء حراري ممتاز. كما يصف محلول مشعاع أوميت&كمثال.
تتبدد الطاقة في الدائرة المتكاملة (IC) على شكل حرارة من وصلة الترانزستور النشط ، وتتناسب درجة حرارة الوصلة مع الطاقة المشتتة. تحدد الشركة المصنعة أقصى درجة حرارة للتقاطع ، ولكنها عمومًا حوالي 150 درجة مئوية. سيؤدي تجاوز درجة حرارة التقاطع بشكل عام إلى تلف الجهاز ، لذلك يجب على المصمم إيجاد طرق لنقل أكبر قدر ممكن من الحرارة من IC. للقيام بذلك ، يمكنهم الاعتماد على نموذج بسيط إلى حد ما لقياس تدفق الحرارة. يشبه هذا النموذج الحساب الكهربائي لقانون أوم ، بناءً على مفهوم المقاومة الحرارية ، بالرمز θ.
تشير المقاومة الحرارية إلى المقاومة التي نواجهها عندما تتدفق الحرارة من وسط إلى آخر. وحدتها مئوية / وات (° C / W) والتي تعرف على النحو التالي:
في:
θ هي المقاومة الحرارية عبر الحاجز الحراري بـ ℃ / W. ∆T هو الفرق في درجة الحرارة عبر الحاجز الحراري في ℃.
P هي القدرة التي تبددها العقدة بالواط. من التصميم المادي لـ IC والمشتت الحراري ، هناك العديد من الواجهات الحرارية. الأول بين التقاطع وحالة IC ويمثله المقاومة الحرارية θjc.
يتم ربط المشتت الحراري بـ IC باستخدام مادة الواجهة الحرارية (TIM) مثل المعجون الحراري أو الشريط الحراري لتعزيز التوصيل الحراري بين الجهازين. تتميز هذه الطبقة الموصلة الحرارية عمومًا بمقاومة حرارية منخفضة جدًا ، وهي جزء من المقاومة الحرارية من الغلاف إلى المشتت الحراري ويتم تمثيلها بـ θcs. المستوى الأخير هو السطح البيني بين الرادياتير والبيئة المحيطة ، ويُرمز إليه بالرمز θsa.
المقاومة الحرارية مثل المقاومات الموجودة في الدوائر الإلكترونية ، والتي ترتبط في سلسلة. مجموع المقاومة الحرارية هو إجمالي المقاومة الحرارية من التقاطع إلى الهواء المحيط.
بشكل عام ، سيحدد بائعو IC بشكل ضمني أو صريح المقاومة الحرارية من تقاطع إلى حالة. يمكن تقديم هذه المواصفات في شكل درجة حرارة قصوى للحالة ، مما يلغي أحد عناصر المقاومة الحرارية. لا يتحكم مصمم التطبيق IC في خصائص المقاومة الحرارية للوصل مع العلبة. ومع ذلك ، يمكن للمصمم تحديد ميزات TIM والمشتت الحراري لتبريد IC بالكامل والحفاظ على درجة حرارة الوصلة أقل من درجة الحرارة القصوى المحددة. بشكل عام ، كلما كانت المقاومة الحرارية لـ TIM والمشتت الحراري أصغر ، انخفضت درجة حرارة علبة IC المراد تبريدها.
من منظور تبديد الحرارة ، يعد اختيار المبرد أمرًا بسيطًا نسبيًا. كما ذكرنا أعلاه ، فإن المشتت الحراري من سلسلة Ohmite BG يوفر حلاً عمليًا لمشكلة تبريد الدوائر المتكاملة في حزم BGA.
