اختيار الرادياتير وأساس التطبيق

استمرت معظم المكونات الإلكترونية ، وخاصة المعالجات الدقيقة ووحدات التحكم الدقيقة ، في الزيادة في الكثافة الحرارية بسبب الانكماش المستمر في الحجم. 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 المشتت الحراري المتاحة من أجل الحفاظ 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.

1. الدائرة الحرارية

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 بشكل عام حوالي 150 درجة مئوية. سيؤدي تجاوز درجة حرارة التقاطع بشكل عام إلى إتلاف 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 ، مع الرمز θ (الشكل 1).

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 حراريًا بشكل عام بمقاومة حرارية منخفضة جدًا ، وهي جزء من المقاومة الحرارية من الغلاف إلى المشتت الحراري ، والتي يتم التعبير عنها بواسطة θcs. المستوى الأخير هو السطح البيني بين المبرد 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 توفير 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 اختيار 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.

2 مثال اختيار المبرد

تم تصميم المشتتات الحرارية من سلسلة BG التي يوفرها أوميت للاستخدام في مجموعة الشبكة الكروية (BGA) أو وحدة المعالجة المركزية لمصفوفة الشبكة الكروية البلاستيكية (PGBA) أو وحدة معالجة الرسومات (GPU) أو معالجات مماثلة مع ركيزة حزمة مربعة (الشكل 2).

هناك 10 أنواع من تصميمات المشتت الحراري في هذه السلسلة ، مع ركائز تتوافق مع تكوينات IC الشائعة ، والتي تتراوح في الحجم من 15 × 15 ملم (ملم) إلى 45 × 45 ملم ، ومناطق الزعانف تتراوح من 2060 إلى 10893 ملم 2 (الجدول 1). هذه المشتتات الحرارية المتوافقة مع RoHS مصنوعة من سبائك الألومنيوم 6063-T5 المؤكسدة السوداء.

ملاحظات ختامية

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.