Az alacsony hőmérséklet fenntartása: radiátor kiválasztása és alkalmazási alapja
A legtöbb elektronikai alkatrész, különösen a mikroprocesszorok és mikrokontrollerek hősűrűsége tovább növekszik a méretük folyamatos zsugorodása miatt. Tekintettel arra, hogy a várható élettartam, megbízhatóság és teljesítmény fordítottan arányos az eszköz üzemi hőmérsékletével, ennek az evolúciónak az eredménye, hogy a termikus tervezés és kezelés a tervezés fő kérdésévé vált. Ezért a tervező' felelőssége, hogy világosan ismerje a hatékony hőkezelést és a rendelkezésre álló radiátoros megoldásokat, hogy a berendezés üzemi hőmérsékletét a szállító által meghatározott tartományon belül tartsa.
A radiátor működési elve, hogy növelje a készülék hűtőfolyadéknak (levegőnek) kitett felületét. Ha a radiátor megfelelően van felszerelve, csökkentheti a berendezés hőmérsékletét azáltal, hogy javítja a hő átadását a szilárd levegő határán keresztül a hűvösebb környezeti levegő felé.
Ez a cikk felvázolja a hűtőborda kiválasztását, és útmutatást ad a megfelelő tervezéshez, az alkatrészek kiválasztásához, valamint a kiváló hőteljesítmény eléréséhez szükséges legjobb gyakorlatokhoz. Példaként leírja az Ohmite' radiátoros megoldását is. A legtöbb elektronikai alkatrész, különösen a mikroprocesszorok és mikrokontrollerek hősűrűsége tovább növekszik a méretük folyamatos zsugorodása miatt. Tekintettel arra, hogy a várható élettartam, megbízhatóság és teljesítmény fordítottan arányos az eszköz üzemi hőmérsékletével, ennek az evolúciónak az eredménye, hogy a termikus tervezés és kezelés a tervezés fő kérdésévé vált. Ezért a tervező' felelőssége, hogy világosan ismerje a hatékony hőkezelést és a rendelkezésre álló radiátoros megoldásokat, hogy a berendezés üzemi hőmérsékletét a szállító által meghatározott tartományon belül tartsa.
A radiátor működési elve, hogy növelje a készülék hűtőfolyadéknak (levegőnek) kitett felületét. Ha a radiátor megfelelően van felszerelve, csökkentheti a berendezés hőmérsékletét azáltal, hogy javítja a hő átadását a szilárd levegő határán keresztül a hűvösebb környezeti levegő felé.
Ez a cikk felvázolja a hűtőborda kiválasztását, és útmutatást ad a megfelelő tervezéshez, az alkatrészek kiválasztásához, valamint a kiváló hőteljesítmény eléréséhez szükséges legjobb gyakorlatokhoz. Példaként leírja az Ohmite' radiátoros megoldását is.
Az integrált áramkör (IC) teljesítménye hő formájában disszipálódik az aktív tranzisztoros átmenetről, és a csatlakozás hőmérséklete arányos a disszipált teljesítménnyel. A gyártó megadja a maximális csatlakozási hőmérsékletet, de általában 150°C körül van. Ennek a csatlakozási hőmérsékletnek a túllépése általában az eszköz károsodását okozza, ezért a tervezőnek meg kell találnia a módját, hogy a lehető legtöbb hőt átadja az IC-ből. Ehhez egy meglehetősen egyszerű modellre támaszkodhatnak a hőáramlás mérésére. Ez a modell hasonló az Ohm-törvény elektromos számításához, amely a hőellenállás fogalmán alapul, θ szimbólummal.
A hőellenállás azt az ellenállást jelenti, amely akkor lép fel, amikor a hő egyik közegből a másikba áramlik. Mértékegysége Celsius/Watt (°C/W), amelynek meghatározása a következő:
ban ben:
θ a hőszigetelő ellenállása ℃/W-ban. ∆T a hőgát közötti hőmérsékletkülönbség ℃-ban.
P a csomópont által disszipált teljesítmény wattban. Az IC és a hűtőborda fizikai elrendezéséből adódóan számos termikus interfész létezik. Az első a csomópont és az IC háza között van, és a θjc hőellenállás képviseli.
A hűtőbordát termikus interfész anyag (TIM) segítségével, például hőpasztával vagy hőszalaggal rögzítik az IC-hez, hogy javítsák a két eszköz közötti hővezető képességet. Ennek a hővezető rétegnek általában nagyon alacsony a hőellenállása, ami a héjtól a hűtőbordáig terjedő hőellenállás része, és θcs jelöli. Az utolsó szint a sugárzó és a környező környezet közötti interfész, amelyet θsa jelöl.
A hőellenállás olyan, mint az elektronikus áramkörök ellenállásai, amelyek sorba vannak kötve. Az összes hőellenállás összege a teljes hőellenállás a csomóponttól a környezeti levegőig.
Általában az IC-szállítók implicit vagy explicit módon meghatározzák a hőellenállást a csatlakozástól a házig. Ez a specifikáció megadható maximális házhőmérséklet formájában, kiiktatva az egyik hőellenállási elemet. Az alkalmazási IC tervezőjének nincs befolyása a házhoz való csatlakozás hőellenállási jellemzőire. A tervező azonban kiválaszthatja a TIM és a hűtőborda jellemzőit az IC teljes hűtéséhez, és a csomópont hőmérsékletének a megadott maximális hőmérséklet alatt tartásához. Általánosságban elmondható, hogy minél kisebb a TIM és a hűtőborda hőellenállása, annál alacsonyabb a hűtendő IC házhőmérséklete.
A hőelvezetés szempontjából a radiátor kiválasztása viszonylag egyszerű. Mint fentebb említettük, az Ohmite BG sorozatú hűtőborda megvalósítható megoldást kínál a BGA-csomagokban lévő IC-k hűtési problémájára.
