라디에이터 선택 및 적용 기준

대부분의 전자 부품, 특히 마이크로프로세서 및 마이크로컨트롤러는 계속되는 크기 축소로 인해 열 밀도가 계속해서 증가해 왔습니다. 기대 수명, 신뢰성 및 성능이 장치의 작동 온도에 반비례한다는 점을 감안할 때 이러한 진화의 결과 열 설계 및 관리가 주요 설계 문제가 되었습니다. 따라서 공급업체가 설정한 범위 내에서 장비의 작동 온도를 유지하기 위해 효과적인 열 관리 및 사용 가능한 방열판 솔루션을 명확하게 이해하는 것은 설계자& #39;의 책임입니다.

라디에이터의 작동 원리는 냉각수(공기)에 노출되는 장치의 표면적을 늘리는 것입니다. 라디에이터가 제대로 설치되면 고체 공기 경계를 가로질러 더 차가운 주변 공기로의 열 전달을 개선하여 장비의 온도를 낮출 수 있습니다.

1. 열회로

집적 회로(IC)의 전력은 능동 트랜지스터 접합에서 열의 형태로 소산되며 접합 온도는 소산되는 전력에 비례합니다. 제조업체는 최대 접합 온도를 지정하지만 일반적으로 약 150°C입니다. 이 접합 온도를 초과하면 일반적으로 장치가 손상되므로 설계자는 IC에서 가능한 한 많은 열을 전달하는 방법을 찾아야 합니다. 이를 위해 그들은 열의 흐름을 측정하는 매우 간단한 모델에 의존할 수 있습니다. 이 모델은 기호 θ를 사용하여 열 저항 개념을 기반으로 하는 Ohm& #39;의 법칙의 전기적 계산과 유사합니다(그림 1).

에:

θ는 열 장벽을 가로지르는 열 저항(℃/W)입니다.

∆T는 열 장벽을 가로지르는 온도차(℃)입니다.

P는 노드에서 소산되는 전력(와트)입니다.

IC와 방열판의 물리적 레이아웃에는 많은 열 인터페이스가 있습니다. 첫 번째는 접합부와 IC 케이스 사이에 있으며 열 저항 θjc로 표시됩니다.

방열판은 열 페이스트 또는 열 테이프와 같은 열 인터페이스 재료(TIM)를 사용하여 IC에 결합되어 두 장치 간의 열 전도성을 향상시킵니다. 이 열전도층은 일반적으로 θcs로 표현되는 쉘에서 방열판까지의 열 저항의 일부인 매우 낮은 열 저항을 갖습니다. 마지막 레벨은 θsa로 표시되는 라디에이터와 주변 환경 간의 인터페이스입니다.

열 저항은 직렬로 연결된 전자 회로의 저항과 같습니다. 모든 열 저항의 합은 접합부에서 주변 공기까지의 총 열 저항입니다.

일반적으로 IC 벤더는 접합부에서 케이스까지 열 저항을 암시적 또는 명시적으로 지정합니다. 이 사양은 열 저항 요소 중 하나를 제거하여 최대 케이스 온도의 형태로 제공될 수 있습니다. 애플리케이션 IC의 설계자는 케이스에 대한 접합부의 열 저항 특성을 제어할 수 없습니다. 그러나 설계자는 TIM 및 방열판 기능을 선택하여 IC를 완전히 냉각하고 접합 온도를 지정된 최대 온도 미만으로 유지할 수 있습니다.일반적으로 TIM과 방열판의 열저항이 작을수록 냉각되는 IC& 케이스의 온도가 낮아집니다.

2 라디에이터 선정 예

Ohmite에서 제공하는 BG 시리즈 방열판은 BGA(볼 그리드 어레이) 또는 PGBA(플라스틱 볼 그리드 어레이) CPU(중앙 처리 장치), GPU(그래픽 처리 장치) 또는 정사각형 패키지 기판이 있는 유사한 프로세서에 사용하도록 설계되었습니다(그림 2).

이 시리즈에는 10가지 유형의 방열판 설계가 있으며, 기판은 15x15mm(mm) ~ 45x45mm 크기 범위와 2,060~10,893mm2 범위의 핀 영역(표 1)의 일반적인 IC 구성과 일치합니다. 이 RoHS 준수 방열판은 검은색 양극 산화 처리된 6063-T5 알루미늄 합금으로 만들어졌습니다.

끝 맺는 말

방열의 관점에서 라디에이터를 선택하는 것은 비교적 간단합니다. 위에서 언급했듯이 Ohmite BG 시리즈 방열판은 BGA 패키지에서 IC의 냉각 문제에 대한 실행 가능한 솔루션을 제공합니다.