Come scegliere un dissipatore di calore?

Con lo sviluppo della scienza e della tecnologia, la dissipazione di potenza dei componenti microelettronici sta aumentando e le dimensioni del pacchetto stanno diventando sempre più piccole. Pertanto, la gestione termica sta diventando sempre più importante nella progettazione di prodotti elettronici.

L'affidabilità e la durata di progettazione delle apparecchiature elettroniche sono inversamente proporzionali alla temperatura di esercizio. Dal punto di vista dell'affidabilità e della temperatura di esercizio di un tipico dispositivo a semiconduttore al silicio, l'abbassamento della temperatura di esercizio aumenterà l'affidabilità e la vita utile del dispositivo in modo esponenziale. Pertanto, un controllo efficace della temperatura di lavoro dell'apparecchiatura entro il limite è la garanzia per il suo funzionamento stabile a lungo termine.

Il dissipatore di calore è un dispositivo che migliora il trasferimento di calore dall'estremità calda all'estremità fredda. Generalmente, l'estremità calda è la parte superiore del dispositivo che genera calore e l'estremità fredda è l'aria nell'ambiente come mezzo di dissipazione del calore. La seguente discussione presuppone che l'aria sia il mezzo di raffreddamento. Nella maggior parte dei casi, il trasferimento di calore dalla superficie solida all'aria è il collegamento meno efficiente nell'intero sistema di trasferimento di calore e la superficie di contatto solido-gas è anche il luogo con la maggiore resistenza termica. Il dissipatore di calore riduce la resistenza termica della superficie di contatto solido-vapore aumentando l'area di contatto con il mezzo di raffreddamento, che consente al dispositivo di trasferire più calore o di abbassare la temperatura operativa del dispositivo sotto lo stesso aumento di temperatura. Lo scopo principale dell'utilizzo del dissipatore di calore è quello di rendere la temperatura di esercizio del dispositivo inferiore all'indicatore impostato dal produttore.

Ciclo termico (la traduzione letterale è questo titolo, ma in realtà è il metodo della rete di resistenza termica che spesso diciamo, o il metodo della rete termica/rete elettrica, di seguito denominato metodo della rete di resistenza termica) Prima di discutere come scegliere un dissipatore di calore, affinché i lettori che non hanno familiarità con la conduzione del calore possano comprendere rapidamente l'argomento di discussione, spiegare prima la terminologia coinvolta nella discussione seguente e il metodo per stabilire una rete di resistenza termica. Le definizioni di simboli e termini sono le seguenti:

D: La potenza totale o il tasso di generazione di calore (dovrebbe essere tradotto come potenza dissipata), l'unità W, rappresenta il tasso di calore generato dai componenti elettronici durante il funzionamento. Per la scelta del dissipatore idoneo si utilizza solitamente il valore massimo della potenza dissipata.

Tj: Temperatura di giunzione (di solito dovrebbe riferirsi alla temperatura di giunzione, e la descrizione nel testo originale è la temperatura di giunzione massima per il funzionamento stabile del dispositivo), in °C.

La temperatura di giunzione massima consentita varia da 115 °C per i comuni componenti microelettronici a 180 °C per alcuni dispositivi speciali di controllo della temperatura. In ambito militare e in alcune occasioni speciali, vengono utilizzati raramente componenti con una temperatura di esercizio compresa tra 65°C e 80°C. (Il testo originale non indica la temperatura di esercizio, per non creare confusione, la traduzione è stata appositamente rivista).

Tc: La temperatura del case del dispositivo, in °C.

Poiché la temperatura dell'involucro è correlata al punto di prova selezionato sull'involucro della confezione (la temperatura della superficie dell'involucro del componente elettronico non è uniforme), di solito si riferisce al punto di temperatura più alta sull'involucro della confezione.

Ts: La temperatura del dissipatore di calore, in °C.

Questo si riferisce al punto di temperatura più alta in cui il dissipatore di calore è vicino al dispositivo (la superficie del guscio del pacchetto).

Ta: Temperatura ambiente, in °C.

Attraverso la relazione tra la differenza di temperatura (il testo originale è la temperatura) e la velocità di trasferimento del calore (il testo originale è la velocità di dissipazione del calore), l'efficienza del trasferimento di calore tra due posizioni di una struttura termica può essere espressa quantitativamente dalla resistenza termica R. La definizione di resistenza R è la seguente:

R=ΔT/Q Dove ΔT è la differenza di temperatura tra le due posizioni. L'unità di resistenza termica è °C/W, che rappresenta la differenza di temperatura quando viene trasferita una quantità di calore unitaria. La definizione di resistenza termica è in qualche modo simile alla resistenza Re definita dalla legge di Ohm' Re=ΔV/I. Dove ΔV è la differenza di potenziale e I è la corrente.