Come mantenere la temperatura bassa: scelta del radiatore e base di applicazione
La maggior parte dei componenti elettronici, in particolare microprocessori e microcontrollori, continua ad aumentare la densità termica a causa della continua riduzione delle loro dimensioni. Dato che l'aspettativa di vita, l'affidabilità e le prestazioni sono inversamente proporzionali alla temperatura di esercizio del dispositivo, il risultato di questa evoluzione è che la progettazione e la gestione termica sono diventate un importante problema di progettazione. Pertanto, è responsabilità del progettista'avere una chiara comprensione dell'efficace gestione termica e delle soluzioni di radiatori disponibili per mantenere la temperatura di esercizio dell'apparecchiatura entro l'intervallo impostato dal fornitore.
Il principio di funzionamento del radiatore è quello di aumentare la superficie del dispositivo esposta al liquido di raffreddamento (aria). Se il radiatore è installato correttamente, può ridurre la temperatura dell'apparecchiatura migliorando il trasferimento di calore attraverso il confine dell'aria solida all'aria ambiente più fresca.
Questo articolo delinea la scelta del dissipatore di calore e fornisce indicazioni sulla corretta progettazione, selezione dei componenti e best practice per ottenere prestazioni termiche eccellenti. Descrive anche la soluzione del radiatore di Ohmite' come esempio. La maggior parte dei componenti elettronici, in particolare microprocessori e microcontrollori, continua ad aumentare la densità termica a causa della continua riduzione delle loro dimensioni. Dato che l'aspettativa di vita, l'affidabilità e le prestazioni sono inversamente proporzionali alla temperatura di esercizio del dispositivo, il risultato di questa evoluzione è che la progettazione e la gestione termica sono diventate un importante problema di progettazione. Pertanto, è responsabilità del progettista'avere una chiara comprensione dell'efficace gestione termica e delle soluzioni di radiatori disponibili per mantenere la temperatura di esercizio dell'apparecchiatura entro l'intervallo impostato dal fornitore.
Il principio di funzionamento del radiatore è quello di aumentare la superficie del dispositivo esposta al liquido di raffreddamento (aria). Se il radiatore è installato correttamente, può ridurre la temperatura dell'apparecchiatura migliorando il trasferimento di calore attraverso il confine dell'aria solida all'aria ambiente più fresca.
Questo articolo delinea la scelta del dissipatore di calore e fornisce indicazioni sulla corretta progettazione, selezione dei componenti e best practice per ottenere prestazioni termiche eccellenti. Descrive anche la soluzione del radiatore di Ohmite' come esempio.
La potenza in un circuito integrato (IC) viene dissipata sotto forma di calore dalla giunzione del transistor attivo e la temperatura della giunzione è proporzionale alla potenza dissipata. Il produttore specifica la temperatura massima di giunzione, ma generalmente è intorno ai 150°C. Il superamento di questa temperatura di giunzione generalmente causerà danni al dispositivo, quindi il progettista deve trovare il modo di trasferire quanto più calore possibile dall'IC. Per fare ciò, possono fare affidamento su un modello abbastanza semplice per misurare il flusso di calore. Questo modello è simile al calcolo elettrico della legge di Ohm, basato sul concetto di resistenza termica, con il simbolo .
La resistenza termica si riferisce alla resistenza incontrata quando il calore scorre da un mezzo all'altro. La sua unità è Celsius/Watt (°C/W), che è definita come segue:
in:
è la resistenza termica attraverso la barriera termica in ℃/W. ∆T è la differenza di temperatura attraverso la barriera termica in .
P è la potenza dissipata dal nodo, in watt. Dal layout fisico dell'IC e del dissipatore di calore, ci sono molte interfacce termiche. Il primo è tra la giunzione e il caso dell'IC ed è rappresentato dalla resistenza termica θjc.
Il dissipatore di calore è legato al circuito integrato utilizzando materiale di interfaccia termica (TIM) come pasta termica o nastro termico per migliorare la conduttività termica tra i due dispositivi. Questo strato termoconduttivo ha generalmente una resistenza termica molto bassa, che fa parte della resistenza termica dal guscio al dissipatore di calore ed è rappresentata da cs. L'ultimo livello è l'interfaccia tra il radiatore e l'ambiente circostante, indicato con θsa.
La resistenza termica è come i resistori nei circuiti elettronici, che sono collegati in serie. La somma di tutte le resistenze termiche è la resistenza termica totale dalla giunzione all'aria ambiente.
In genere, i fornitori di circuiti integrati specificheranno implicitamente o esplicitamente la resistenza termica dalla giunzione al case. Questa specifica può essere fornita sotto forma di temperatura massima della custodia, eliminando uno degli elementi di resistenza termica. Il progettista dell'IC dell'applicazione non ha alcun controllo sulle caratteristiche di resistenza termica della giunzione al case. Tuttavia, il progettista può selezionare le funzioni TIM e dissipatore di calore per raffreddare completamente l'IC e mantenere la temperatura di giunzione al di sotto della temperatura massima specificata. In generale, minore è la resistenza termica del TIM e del dissipatore di calore, minore è la temperatura del case dell'IC da raffreddare.
Dal punto di vista della dissipazione del calore, la scelta di un radiatore è relativamente semplice. Come accennato in precedenza, il dissipatore di calore della serie Ohmite BG fornisce una soluzione fattibile al problema del raffreddamento dei circuiti integrati nei contenitori BGA.
