Sélection du radiateur et base d'application
La densité thermique de la plupart des composants électroniques, en particulier les microprocesseurs et les microcontrôleurs, a continué d'augmenter en raison de la diminution continue de leur taille. Étant donné que la durée de vie, la fiabilité et les performances sont inversement proportionnelles à la température de fonctionnement de l'appareil, le résultat de cette évolution est que la conception et la gestion thermiques sont devenues un problème de conception majeur. Par conséquent, il est de la responsabilité du concepteur'd'avoir une compréhension claire de la gestion thermique efficace et des solutions de dissipation thermique disponibles afin de maintenir la température de fonctionnement de l'équipement dans la plage définie par le fournisseur.
Le principe de fonctionnement du radiateur est d'augmenter la surface de l'appareil exposée au liquide de refroidissement (air). Si le radiateur est installé correctement, il peut réduire la température de l'équipement en améliorant le transfert de chaleur à travers la frontière de l'air solide vers l'air ambiant plus frais.
1. Circuit thermique
La puissance dans un circuit intégré (IC) est dissipée sous forme de chaleur à partir de la jonction active du transistor, et la température de la jonction est proportionnelle à la puissance dissipée. Le constructeur précise la température maximale de jonction, mais elle est généralement de l'ordre de 150°C. Le dépassement de cette température de jonction endommagera généralement le dispositif, le concepteur doit donc trouver des moyens de transférer autant de chaleur que possible du circuit intégré. Pour ce faire, ils peuvent s'appuyer sur un modèle assez simple pour mesurer le flux de chaleur. Ce modèle est similaire au calcul électrique de la loi d'Ohm's, basé sur le concept de résistance thermique, avec le symbole (Figure 1).
dans:
est la résistance thermique à travers la barrière thermique en ℃/W.
∆T est la différence de température à travers la barrière thermique en .
P est la puissance dissipée par le nœud, en watts.
De la disposition physique du circuit intégré et du dissipateur thermique, il existe de nombreuses interfaces thermiques. Le premier se situe entre la jonction et le boîtier du CI et est représenté par la résistance thermique θjc.
Le dissipateur thermique est lié au circuit intégré à l'aide d'un matériau d'interface thermique (TIM) tel qu'une pâte thermique ou un ruban thermique pour améliorer la conductivité thermique entre les deux dispositifs. Cette couche thermiquement conductrice a généralement une très faible résistance thermique, qui fait partie de la résistance thermique de la coque au radiateur, exprimée par cs. Le dernier niveau est l'interface entre le radiateur et le milieu environnant, noté sa.
La résistance thermique est comme les résistances des circuits électroniques, qui sont connectées en série. La somme de toutes les résistances thermiques est la résistance thermique totale de la jonction à l'air ambiant.
En règle générale, les fournisseurs de circuits intégrés spécifient implicitement ou explicitement la résistance thermique de la jonction au boîtier. Cette spécification peut être fournie sous forme de température maximale du boîtier, éliminant l'un des éléments de résistance thermique. Le concepteur du CI d'application n'a aucun contrôle sur les caractéristiques de résistance thermique de la jonction au boîtier. Cependant, le concepteur peut choisir les fonctions TIM et dissipateur thermique pour refroidir complètement le circuit intégré et maintenir la température de jonction en dessous de la température maximale spécifiée.De manière générale, plus la résistance thermique du TIM et du dissipateur thermique est faible, plus la température du boîtier du CI&à refroidir est basse.
2 Exemple de sélection de radiateur
Les dissipateurs thermiques de la série BG fournis par Ohmite sont conçus pour être utilisés dans une unité centrale de traitement (CPU), une unité de traitement graphique (GPU) ou des processeurs similaires avec un substrat carré (Figure 2 ).
Il existe 10 types de conceptions de dissipateurs thermiques dans cette série, avec des substrats correspondant aux configurations IC courantes, dont la taille varie de 15 × 15 millimètres (mm) à 45 × 45 mm, et des surfaces d'ailettes allant de 2 060 à 10 893 mm2 (tableau 1). Ces dissipateurs thermiques conformes RoHS sont fabriqués en alliage d'aluminium 6063-T5 anodisé noir.
Remarques finales
Du point de vue de la dissipation thermique, le choix d'un radiateur est relativement simple. Comme mentionné ci-dessus, le dissipateur thermique de la série Ohmite BG fournit une solution réalisable au problème de refroidissement des circuits intégrés dans les boîtiers BGA.
