Tecnologia di raffreddamento in grado di migliorare la dissipazione del calore e il suo principio di funzionamento
Ora entriamo nel problema ultimo che interessa a tutti: la dissipazione del calore.
calore fin
Il dissipatore di calore è un dispositivo di trasferimento di calore passivo. Quando si trasferisce il calore dal pacchetto IC all'ambiente circostante, la sua resistenza termica è molto più piccola della resistenza termica parallela dal pacchetto all'ambiente causata dalla convezione termica e dalla radiazione termica.
La Figura 1 mostra il modello di resistenza termica del dissipatore di calore N-fin (N è il numero di Fin), dove il materiale di interfaccia termica (TIM) è collegato alla parte superiore del pacchetto. Abbiamo bisogno di TIM per migliorare il contatto tra il pacchetto e il dissipatore di calore, quindi la resistenza termica effettiva del dissipatore di calore deve includere la resistenza termica del TIM.
La resistenza equivalente del dissipatore è approssimativamente uguale alla resistenza del TIM più la resistenza nella parte inferiore del dissipatore e la resistenza del dissipatore divisa per il numero N. Poiché l'area del dissipatore può essere maggiore rispetto alla superficie superiore della confezione, la sua resistenza alla convezione termica e alla radiazione termica può essere inferiore alla convezione termica e alla resistenza alla radiazione termica della superficie superiore della confezione. Inoltre, se la resistenza viene divisa per il numero di dissipatori Fin, si può ottenere un miglioramento di N volte. Tuttavia, per una data area di substrato del dissipatore, quando l'aumento di Fin è superiore a una certa quantità, alla fine si causerà un aumento della resistenza termica di ogni Fin: questo perché i dissipatori iniziano ad avvicinarsi l'uno all'altro e riducono l'effettiva coefficiente di scambio termico. . E poiché queste resistenze termiche aumentano direttamente l'effettiva resistenza termica del dissipatore di calore, è molto importante scegliere materiali ad alta conducibilità termica per il dissipatore di calore e TIM al fine di migliorare le prestazioni complessive del dissipatore di calore.
radiatore
Un'altra tecnica per il raffreddamento dei sistemi elettronici consiste nell'utilizzare vie termiche e dissipatori di calore per diffondere più calore dall'IC alla parte posteriore del PCB. I fori di dissipazione del calore posizionati sotto l'IC possono ridurre significativamente la resistenza termica del PCB e aiutare a guidare il calore verso la piastra di dissipazione del calore posta sul fondo del PCB. Il radiatore è realizzato in materiale ad alta conduttività termica (come la grafite) e ha una superficie più ampia per migliorare la dissipazione del calore。
fan
Quando i dissipatori di calore passivi oi radiatori non sono sufficienti per eliminare il calore, i sistemi elettronici di consumo come computer desktop, notebook, proiettori, ecc. possono anche utilizzare ventole elettroniche per dissipare il calore. I ventilatori utilizzano motori elettrici e richiedono elettricità per spostare attivamente il flusso d'aria intorno al sistema per rimuovere il calore. Ciò può causare rumore audio, quindi è necessario considerare i problemi di rumore e affidabilità quando si sceglie una ventola. Molte ventole oggi possono utilizzare segnali di modulazione di larghezza di impulso (PWM) per controllare la velocità, quindi è possibile progettare un sistema di gestione termica per regolare dinamicamente la velocità della ventola in base alla temperatura del sistema.
Conduttura di riscaldamento
Il tubo di calore è un dispositivo di trasferimento del calore che utilizza i principi della conduzione del calore e del cambiamento di fase per trasferire il calore tra componenti solidi. Il cambio di fase del tubo del radiatore si riferisce solitamente al processo in cui il liquido raggiunge il punto di ebollizione alla fine dell'evaporazione e vaporizza e si diffonde nel tubo come un gas. Dopo aver raggiunto l'estremità fredda, condensa e rilascia calore, quindi il liquido ritorna all'estremità di evaporazione per azione capillare. Nel movimento di trasferimento del calore dall'estremità evaporante all'estremità condensante, questo processo verrà ripetuto continuamente. I tubi di calore sono anche ampiamente utilizzati nei sistemi elettronici di consumo, come computer, tablet e smartphone.
Limitazione dinamica
Infine, come ingegneri elettrici, possiamo effettivamente utilizzare varie tecniche di limitazione della potenza per controllare il consumo energetico del sistema, ma questo di solito riduce le prestazioni del sistema. Il nostro obiettivo è consentire ai clienti di ottenere la migliore esperienza utente pesando il più possibile le prestazioni. Molti sistemi elettronici ora utilizzano sensori termici in tutto il PCB, consentendo al processore integrato di monitorare la temperatura nel sistema e prendere decisioni di strozzamento dinamico quando la temperatura aumenta. Come ingegneri elettrici, comprendiamo naturalmente le varie curve di potenza del sistema. Possiamo raggiungere le nostre aspettative accendendo la ventola, riducendo le funzioni, disabilitando diverse parti del sistema o limitando la velocità di clock quando la temperatura del sistema raggiunge diverse soglie di temperatura.
