انتخاب رادیاتور و مبنای کاربرد

بیشتر قطعات الکترونیکی، به ویژه ریزپردازنده ها و میکروکنترلرها، به دلیل کاهش مداوم اندازه، به افزایش چگالی حرارتی خود ادامه داده اند. با توجه به اینکه طول عمر، قابلیت اطمینان و عملکرد با دمای کارکرد دستگاه نسبت معکوس دارد، نتیجه این تکامل این است که طراحی و مدیریت حرارتی به یک موضوع اصلی طراحی تبدیل شده است. بنابراین، این وظیفه طراح' است که درک روشنی از مدیریت حرارتی موثر و راه حل های موجود در سینک حرارتی داشته باشد تا دمای عملیاتی تجهیزات را در محدوده تعیین شده توسط تامین کننده حفظ کند.

اصل کار رادیاتور افزایش سطح دستگاه در معرض خنک کننده (هوا) است. اگر رادیاتور به درستی نصب شود، می‌تواند دمای تجهیزات را با بهبود انتقال گرما از مرز هوای جامد به هوای خنک‌تر محیط کاهش دهد.

1. مدار حرارتی

توان در یک مدار مجتمع (IC) به صورت گرما از محل اتصال ترانزیستور فعال تلف می شود و دمای محل اتصال متناسب با توان تلف شده است. سازنده حداکثر دمای محل اتصال را مشخص می کند، اما به طور کلی حدود 150 درجه سانتیگراد است. بیش از این دمای اتصال به طور کلی باعث آسیب به دستگاه می شود، بنابراین طراح باید راه هایی برای انتقال هرچه بیشتر گرما از آی سی بیابد. برای انجام این کار، آنها می توانند به یک مدل نسبتا ساده برای اندازه گیری جریان گرما تکیه کنند. این مدل مشابه محاسبه الکتریکی قانون اهم'؛ بر اساس مفهوم مقاومت حرارتی، با نماد θ است (شکل 1).

که در:

θ مقاومت حرارتی در سراسر سد حرارتی در ℃/W است.

∆T اختلاف دما در سراسر سد حرارتی بر حسب ℃ است.

P توان تلف شده توسط گره، بر حسب وات است.

از طرح فیزیکی آی سی و هیت سینک، رابط های حرارتی زیادی وجود دارد. اولین مورد بین محل اتصال و مورد IC است و با مقاومت حرارتی θjc نشان داده می شود.

هیت سینک با استفاده از مواد رابط حرارتی (TIM) مانند خمیر حرارتی یا نوار حرارتی به IC متصل می شود تا رسانایی حرارتی بین دو دستگاه افزایش یابد. این لایه رسانای حرارتی عموماً دارای مقاومت حرارتی بسیار پایینی است که بخشی از مقاومت حرارتی پوسته تا سینک حرارتی است که با θcs بیان می‌شود. آخرین سطح رابط بین رادیاتور و محیط اطراف است که با θsa نشان داده می شود.

مقاومت حرارتی مانند مقاومت در مدارهای الکترونیکی است که به صورت سری به هم متصل می شوند. مجموع تمام مقاومت های حرارتی کل مقاومت حرارتی از محل اتصال به هوای محیط است.

به طور کلی، فروشندگان آی سی به طور ضمنی یا صریح مقاومت حرارتی را از محل اتصال به کیس مشخص می کنند. این مشخصات ممکن است به صورت حداکثر دمای مورد ارائه شود که یکی از عناصر مقاومت حرارتی را حذف می کند. طراح برنامه آی سی هیچ کنترلی بر ویژگی های مقاومت حرارتی محل اتصال به کیس ندارد. با این حال، طراح می تواند ویژگی های TIM و هیت سینک را برای خنک کردن کامل آی سی و حفظ دمای اتصال زیر حداکثر دمای مشخص شده انتخاب کند.به طور کلی، هرچه مقاومت حرارتی TIM و هیت سینک کمتر باشد، دمای بدنه IC's برای خنک شدن کمتر می شود.

2 مثال انتخاب رادیاتور

هیت سینک های سری BG ارائه شده توسط Ohmite برای استفاده در آرایه شبکه توپی (BGA) یا آرایه شبکه توپ پلاستیکی (PGBA) واحد پردازش مرکزی (CPU)، واحد پردازش گرافیکی (GPU) یا پردازنده های مشابه با بستر بسته بندی مربعی طراحی شده اند (شکل 2).

10 نوع طرح هیت سینک در این سری وجود دارد که زیرلایه‌های آن با پیکربندی‌های متداول آی‌سی مطابقت دارند، در اندازه‌های 15×15 میلی‌متر (میلی‌متر) تا 45×45 میلی‌متر، و نواحی پره‌ها از 2060 تا 10893 میلی‌متر مربع (جدول 1) متغیر است. این هیت سینک های سازگار با RoHS از آلیاژ آلومینیوم 6063-T5 آنودایز مشکی ساخته شده اند.

نتایجی که اظهار شده

از منظر اتلاف گرما، انتخاب رادیاتور نسبتاً ساده است. همانطور که در بالا ذکر شد، هیت سینک سری Ohmite BG یک راه حل عملی برای مشکل خنک کننده IC ها در بسته های BGA ارائه می دهد.