Com triar un dissipador de calor?

Amb el desenvolupament de la ciència i la tecnologia, la dissipació de potència dels components microelectrònics augmenta i la mida del paquet és cada cop més petita. Per tant, la gestió tèrmica és cada cop més important en el disseny de productes electrònics.

La fiabilitat i la vida útil del disseny dels equips electrònics són inversament proporcionals a la temperatura de funcionament. Des de la perspectiva de la fiabilitat i la temperatura de funcionament d'un dispositiu semiconductor de silici típic, reduir la temperatura de funcionament augmentarà la fiabilitat i la vida útil del disseny del dispositiu de manera exponencial. Per tant, controlar eficaçment la temperatura de treball de l'equip dins del límit és la garantia del seu funcionament estable a llarg termini.

El dissipador de calor és un dispositiu que millora la transferència de calor de l'extrem calent a l'extrem fred. En general, l'extrem calent és la part superior del dispositiu que genera calor, i l'extrem fred és l'aire de l'entorn com a mitjà de dissipació de calor. La discussió següent suposa que l'aire és el medi de refrigeració. En la majoria dels casos, la transferència de calor de la superfície sòlida a l'aire és l'enllaç menys eficient de tot el sistema de transferència de calor, i la superfície de contacte sòlid-gas també és el lloc amb la major resistència tèrmica. El dissipador de calor redueix la resistència tèrmica de la superfície de contacte de vapor sòlid augmentant l'àrea de contacte amb el medi de refrigeració, cosa que permet que el dispositiu transfereixi més calor o redueixi la temperatura de funcionament del dispositiu amb el mateix augment de temperatura. L'objectiu principal de l'ús del dissipador de calor és fer que la temperatura de funcionament del dispositiu sigui inferior a l'indicador establert pel fabricant.

Cicle tèrmic (la traducció literal és aquest títol, però de fet és el mètode de la xarxa de resistència tèrmica que sovint diem, o el mètode de la xarxa tèrmica/mètode de la xarxa elèctrica, d'ara endavant anomenat mètode de la xarxa de resistència tèrmica) Abans de discutir com triar un dissipador de calor, per tal que els lectors que no estiguin familiaritzats amb la conducció de calor entenguin ràpidament el tema de discussió, primer expliqueu la terminologia implicada en la discussió següent i el mètode per establir una xarxa de resistència tèrmica. Les definicions de símbols i termes són les següents:

P: La potència total o la taxa de generació de calor (s'ha de traduir com a potència dissipada), la unitat W, representa la velocitat de calor generada pels components electrònics durant el funcionament. Per seleccionar un dissipador de calor adequat, normalment s'utilitza el valor màxim de la potència dissipada.

Tj: temperatura de la unió (normalment s'ha de referir a la temperatura de la unió, i la descripció del text original és la temperatura màxima de la unió perquè el dispositiu funcioni de manera estable), en °C.

La temperatura màxima permesa de la unió oscil·la entre els 115 °C per als components microelectrònics comuns i els 180 °C per a alguns dispositius especials de control de temperatura. A l'exèrcit i en algunes ocasions especials, rarament s'utilitzen components amb una temperatura de funcionament de 65 °C a 80 °C. (El text original no indica la temperatura de funcionament, per no causar confusió, la traducció està especialment revisada).

Tc: La temperatura de la caixa del dispositiu, en °C.

Com que la temperatura de la caixa està relacionada amb el punt de prova seleccionat a la carcassa de l'envàs (la temperatura de la superfície de l'envàs del component electrònic no és uniforme), normalment es refereix al punt de temperatura més alt de la carcassa de l'envàs.

Ts: La temperatura del dissipador de calor, en °C.

Es refereix al punt de temperatura més alt on el dissipador de calor està a prop del dispositiu (la superfície de la carcassa del paquet).

Ta: Temperatura ambient, en °C.

Mitjançant la relació entre la diferència de temperatura (el text original és la temperatura) i la velocitat de transferència de calor (el text original és la velocitat de dissipació de calor), l'eficiència de la transferència de calor entre dues posicions d'una estructura tèrmica es pot expressar quantitativament mitjançant la resistència tèrmica R. La definició de resistència R és la següent:

R=ΔT/Q On ΔT és la diferència de temperatura entre les dues posicions. La unitat de resistència tèrmica és °C/W, que representa la diferència de temperatura quan es transfereix una velocitat unitaria de calor. La definició de resistència tèrmica és una mica similar a la resistència Re definida per la llei d'Ohm' Re=ΔV/I. On ΔV és la diferència de potencial i I és el corrent.