¿Cómo elegir un disipador de calor?

Con el desarrollo de la ciencia y la tecnología, la disipación de energía de los componentes microelectrónicos está aumentando y el tamaño del paquete es cada vez más pequeño. Por tanto, la gestión térmica es cada vez más importante en el diseño de productos electrónicos.

La confiabilidad y la vida útil de los equipos electrónicos son inversamente proporcionales a la temperatura de funcionamiento. Desde la perspectiva de la fiabilidad y la temperatura de funcionamiento de un dispositivo semiconductor de silicio típico, reducir la temperatura de funcionamiento aumentará la fiabilidad y la vida útil del diseño del dispositivo de forma exponencial. Por lo tanto, controlar eficazmente la temperatura de trabajo del equipo dentro del límite es la garantía de su funcionamiento estable a largo plazo.

El disipador de calor es un dispositivo que mejora la transferencia de calor del extremo caliente al extremo frío. Generalmente, el extremo caliente es la parte superior del dispositivo que genera calor y el extremo frío es el aire en el ambiente como medio de disipación de calor. La siguiente discusión asume que el aire es el medio de enfriamiento. En la mayoría de los casos, la transferencia de calor de la superficie sólida al aire es el vínculo menos eficiente en todo el sistema de transferencia de calor, y la superficie de contacto sólido-gas es también el lugar con mayor resistencia térmica. El disipador de calor reduce la resistencia térmica de la superficie de contacto sólido-vapor al aumentar el área de contacto con el medio de enfriamiento, lo que permite que el dispositivo transfiera más calor o baje la temperatura de funcionamiento del dispositivo bajo el mismo aumento de temperatura. El propósito principal de usar el disipador de calor es hacer que la temperatura de funcionamiento del dispositivo sea más baja que el indicador establecido por el fabricante.

Ciclo térmico (la traducción literal es este título, pero de hecho es el método de red de resistencia térmica que solemos decir, o el método de red térmica / método de red eléctrica, en lo sucesivo denominado método de red de resistencia térmica) Antes de discutir cómo elegir un disipador de calor, para que los lectores que no están familiarizados con la conducción de calor comprendan rápidamente el tema de discusión, primero explique la terminología involucrada en la siguiente discusión y el método para establecer una red de resistencia térmica. Las definiciones de símbolos y términos son las siguientes:

P: La potencia total o la tasa de generación de calor (debe traducirse como potencia disipada), la unidad W, representa la tasa de calor generado por los componentes electrónicos durante el funcionamiento. Para seleccionar un disipador de calor adecuado, generalmente se usa el valor máximo de la potencia disipada.

Tj: temperatura de la unión (normalmente debe referirse a la temperatura de la unión, y la descripción en el texto original es la temperatura máxima de la unión para que el dispositivo funcione de manera estable), en ° C.

La temperatura de unión máxima permitida varía de 115 ° C para componentes microelectrónicos comunes a 180 ° C para algunos dispositivos especiales de control de temperatura. En el ejército y en algunas ocasiones especiales, rara vez se utilizan componentes con una temperatura de funcionamiento de 65 ° C a 80 ° C. (El texto original no indica la temperatura de funcionamiento, para no causar confusión, la traducción está especialmente revisada).

Tc: La temperatura de la carcasa del dispositivo, en ° C.

Dado que la temperatura de la carcasa está relacionada con el punto de prueba seleccionado en la carcasa del paquete (la temperatura de la superficie del paquete de componentes electrónicos no es uniforme), esto generalmente se refiere al punto de temperatura más alto en la carcasa del paquete.

Ts: la temperatura del disipador de calor, en ° C.

Esto se refiere al punto de temperatura más alta donde el disipador de calor está cerca del dispositivo (la superficie de la carcasa del paquete).

Ta: temperatura ambiente, en ° C.

A través de la relación entre la diferencia de temperatura (el texto original es la temperatura) y la velocidad de transferencia de calor (el texto original es la velocidad de disipación de calor), la eficiencia de la transferencia de calor entre dos posiciones de una estructura térmica se puede expresar cuantitativamente por el resistencia térmica R. La definición de resistencia R es la siguiente:

R=ΔT / Q Donde ΔT es la diferencia de temperatura entre las dos posiciones. La unidad de resistencia térmica es ° C / W, que representa la diferencia de temperatura cuando se transfiere una tasa unitaria de calor. La definición de resistencia térmica es algo similar a la resistencia Re definida por la ley de Ohm' Re=ΔV / I. Donde ΔV es la diferencia de potencial e I es la corriente.