Kuinka valita jäähdytyselementti?

Tieteen ja tekniikan kehityksen myötä mikroelektroniikan komponenttien tehohäviö kasvaa ja pakkauskoko pienenee ja pienenee. Siksi lämmönhallinnasta on tulossa yhä tärkeämpää elektroniikkatuotteiden suunnittelussa.

Elektroniikkalaitteiden luotettavuus ja suunniteltu käyttöikä ovat kääntäen verrannollisia käyttölämpötilaan. Tyypillisen piipuolijohdelaitteen luotettavuuden ja käyttölämpötilan näkökulmasta käyttölämpötilan alentaminen lisää laitteen luotettavuutta ja käyttöikää eksponentiaalisesti. Siksi laitteen käyttölämpötilan tehokas hallinta rajojen sisällä takaa sen pitkän aikavälin vakaan toiminnan.

Jäähdytyselementti on laite, joka tehostaa lämmön siirtymistä kuumasta päästä kylmään päähän. Yleensä kuuma pää on laitteen yläosa, joka tuottaa lämpöä, ja kylmä pää on ympäristössä oleva ilma lämmönpoistoväliaineena. Seuraavassa keskustelussa oletetaan, että ilma on jäähdytysväliaine. Useimmissa tapauksissa lämmönsiirto kiinteältä pinnalta ilmaan on vähiten tehokas linkki koko lämmönsiirtojärjestelmässä, ja kiinteän kaasun kosketuspinta on myös paikka, jolla on suurin lämpövastus. Jäähdytyselementti vähentää kiinteän höyryn kosketuspinnan lämpövastusta lisäämällä kosketuspinta-alaa jäähdytysväliaineen kanssa, jolloin laite voi siirtää enemmän lämpöä tai laskea laitteen käyttölämpötilaa samalla lämpötilan nousulla. Jäähdytyslevyn käytön päätarkoitus on saada laitteen käyttölämpötila alhaisemmaksi kuin valmistajan asettama indikaattori.

Lämpökierto (kirjaimellinen käännös on tämä otsikko, mutta itse asiassa se on usein sanottu lämpövastusverkkomenetelmä tai lämpöverkkomenetelmä/sähköverkkomenetelmä, jäljempänä lämpövastusverkkomenetelmä) Ennen kuin keskustelemme siitä, kuinka valita jäähdytyselementti, jotta lukijat, jotka eivät ole perehtyneet lämmönjohtavuuteen, ymmärtävät nopeasti keskustelun aiheen, selitä ensin seuraavaan keskusteluun liittyvä terminologia ja lämpövastusverkoston muodostamismenetelmä. Symbolien ja termien määritelmät ovat seuraavat:

K: Kokonaisteho tai lämmöntuotannon nopeus (tulee kääntää hajaantuneeksi tehoksi), yksikkö W, edustaa elektronisten komponenttien käytön aikana tuottaman lämmön nopeutta. Sopivan jäähdytyselementin valinnassa käytetään yleensä hajonneen tehon maksimiarvoa.

Tj: Liitoslämpötila (yleensä tämän pitäisi viitata liitoslämpötilaan, ja alkuperäisen tekstin kuvaus on suurin liitoslämpötila, jotta laite toimii vakaasti), °C.

Suurin sallittu liitoslämpötila vaihtelee tavallisten mikroelektroniikkakomponenttien 115°C:sta joidenkin erityisten lämpötilansäätölaitteiden 180°C:een. Armeijassa ja joissain erikoistilanteissa komponentteja, joiden käyttölämpötila on 65–80 °C, käytetään harvoin. (Alkuperäinen teksti ei ilmoita käyttölämpötilaa, jotta sekaannukset eivät aiheuta, käännös on erityisesti tarkistettu).

Tc: Laitteen kotelon lämpötila, °C.

Koska kotelon lämpötila liittyy pakkauksen kuoreen valittuun testipisteeseen (elektroniikkakomponenttipakkauksen pinnan lämpötila ei ole tasainen), tämä tarkoittaa yleensä pakkauksen kuoren korkeinta lämpötilapistettä.

Ts: Jäähdytyselementin lämpötila, °C.

Tämä tarkoittaa korkeinta lämpötilapistettä, jossa jäähdytyselementti on lähellä laitetta (pakkauksen kuoren pinta).

Ta: Ympäristön lämpötila, °C.

Lämpötilaeron (alkuperäinen teksti on lämpötila) ja lämmönsiirtonopeuden (alkuperäinen teksti on lämmön haihtumisen nopeus) välisen suhteen avulla lämmönsiirron tehokkuus lämpörakenteen kahden sijainnin välillä voidaan ilmaista kvantitatiivisesti lämpövastus R. Resistanssin R määritelmä on seuraava:

R=ΔT/Q Jossa ΔT on kahden asennon välinen lämpötilaero. Lämpövastuksen yksikkö on °C/W, joka edustaa lämpötilaeroa, kun lämpöä siirretään yksikkönopeudella. Lämpövastuksen määritelmä on jossain määrin samanlainen kuin Ohmin' lain Re=ΔV/I määrittelemä vastus Re. Missä ΔV on potentiaaliero ja I on virta.