Seleção de radiador e base de aplicação

A maioria dos componentes eletrônicos, especialmente microprocessadores e microcontroladores, continuou a aumentar em densidade térmica devido ao encolhimento contínuo de tamanho. Como a expectativa de vida, a confiabilidade e o desempenho são inversamente proporcionais à temperatura operacional do dispositivo, o resultado dessa evolução é que o design e o gerenciamento térmicos se tornaram uma questão importante de design. Portanto, é responsabilidade do projetista' ter um entendimento claro do gerenciamento térmico eficaz e das soluções de dissipador de calor disponíveis, a fim de manter a temperatura operacional do equipamento dentro da faixa definida pelo fornecedor.

O princípio de funcionamento do radiador é aumentar a área da superfície do dispositivo exposta ao refrigerante (ar). Se o radiador for instalado corretamente, ele pode reduzir a temperatura do equipamento melhorando a transferência de calor através da fronteira de ar sólido para o ar ambiente mais frio.

1. Circuito térmico

A energia em um circuito integrado (IC) é dissipada na forma de calor da junção do transistor ativo, e a temperatura da junção é proporcional à energia dissipada. O fabricante especifica a temperatura máxima da junção, mas geralmente é em torno de 150 ° C. Exceder essa temperatura de junção geralmente causará danos ao dispositivo, portanto, o projetista deve encontrar maneiras de transferir o máximo de calor possível do IC. Para fazer isso, eles podem contar com um modelo bastante simples para medir o fluxo de calor. Este modelo é semelhante ao cálculo elétrico da lei de Ohm' s, baseado no conceito de resistência térmica, com o símbolo θ (Figura 1).

dentro:

θ é a resistência térmica através da barreira térmica em ℃ / W.

∆T é a diferença de temperatura através da barreira térmica em ℃.

P é a potência dissipada pelo nó, em watts.

A partir do layout físico do IC e do dissipador de calor, existem muitas interfaces térmicas. O primeiro fica entre a junção e a caixa do IC e é representado pela resistência térmica θjc.

O dissipador de calor é ligado ao IC usando material de interface térmica (TIM), como pasta térmica ou fita térmica para aumentar a condutividade térmica entre os dois dispositivos. Essa camada termicamente condutora geralmente tem uma resistência térmica muito baixa, que é parte da resistência térmica do invólucro ao dissipador de calor, expressa por θcs. O último nível é a interface entre o radiador e o ambiente circundante, denotado por θsa.

A resistência térmica é como os resistores em circuitos eletrônicos, que são conectados em série. A soma de todas as resistências térmicas é a resistência térmica total da junção ao ar ambiente.

Geralmente, os fornecedores de IC especificam implícita ou explicitamente a resistência térmica da junção para a caixa. Esta especificação pode ser fornecida na forma de temperatura máxima da caixa, eliminando um dos elementos de resistência térmica. O projetista do IC de aplicação não tem controle sobre as características de resistência térmica da junção com a caixa. No entanto, o projetista pode escolher os recursos de TIM e dissipador de calor para resfriar totalmente o IC e manter a temperatura de junção abaixo da temperatura máxima especificada.De modo geral, quanto menor for a resistência térmica do TIM e do dissipador de calor, menor será a temperatura do gabinete do IC' a ser resfriado.

2 Exemplo de seleção de radiador

Os dissipadores de calor da série BG fornecidos pela Ohmite são projetados para uso em unidade de processamento central (CPU), unidade de processamento gráfico (GPU) ou processadores semelhantes com um substrato de pacote quadrado (Figura 2).

Existem 10 tipos de projetos de dissipadores de calor nesta série, com substratos que correspondem às configurações de IC comuns, variando em tamanho de 15 × 15 milímetros (mm) a 45 × 45 mm, e áreas de aletas que variam de 2.060 a 10.893 mm2 (Tabela 1). Esses dissipadores de calor em conformidade com a RoHS são feitos de liga de alumínio 6063-T5 anodizada preta.

Considerações finais

Do ponto de vista da dissipação de calor, escolher um radiador é relativamente simples. Como mencionado acima, o dissipador de calor da série Ohmite BG oferece uma solução viável para o problema de resfriamento de ICs em pacotes BGA.