ラジエーターの選択と用途

ほとんどの電子部品、特にマイクロプロセッサとマイクロコントローラは、サイズの縮小が続くため、熱密度が増加し続けています。 寿命、信頼性、および性能がデバイスの動作温度に反比例することを考えると、この進化の結果、熱の設計と管理が主要な設計上の問題になっています。 したがって、機器の動作温度をサプライヤが設定した範囲内に維持するために、効果的な熱管理と利用可能なヒートシンクソリューションを明確に理解するのは設計者&＃39;の責任です。

ラジエーターの動作原理は、冷却剤（空気）にさらされるデバイスの表面積を増やすことです。 ラジエーターが適切に設置されている場合、固体空気境界を越えてより冷たい周囲空気への熱伝達を改善することにより、機器の温度を下げることができます。

1.熱回路

集積回路（IC）の電力は、アクティブなトランジスタ接合部から熱の形で放散され、接合部の温度は放散される電力に比例します。 接合部の最高温度はメーカーが指定していますが、一般的には150℃前後です。 この接合部温度を超えると、一般にデバイスが損傷するため、設計者はICからできるだけ多くの熱を伝達する方法を見つける必要があります。 これを行うために、彼らは熱の流れを測定するためにかなり単純なモデルに頼ることができます。 このモデルは、熱抵抗の概念に基づいた、記号θのオーム&＃39;の法則の電気計算に似ています（図1）。

の：

θは、熱障壁を横切る熱抵抗（℃/ W）です。

∆Tは、温度バリアを横切る温度差です。

Pは、ノードによって消費される電力（ワット単位）です。

ICとヒートシンクの物理的なレイアウトから、多くの熱インターフェースがあります。 1つ目は、接合部とICのケースの間にあり、熱抵抗θjcで表されます。

ヒートシンクは、サーマルペーストやサーマルテープなどのサーマルインターフェイスマテリアル（TIM）を使用してICに結合され、2つのデバイス間の熱伝導率を高めます。 この熱伝導層は一般に非常に低い熱抵抗を持ち、これはシェルからヒートシンクまでの熱抵抗の一部であり、θcsで表されます。 最後のレベルは、ラジエーターと周囲の環境との間のインターフェースであり、θsaで示されます。

熱抵抗は、直列に接続された電子回路の抵抗器のようなものです。 すべての熱抵抗の合計は、接合部から周囲空気までの合計熱抵抗です。

一般に、ICベンダーは、接合部からケースまでの熱抵抗を暗黙的または明示的に指定します。 この仕様は、最大ケース温度の形で提供され、熱抵抗要素の1つを排除します。 アプリケーションICの設計者は、ケースへの接合部の熱抵抗特性を制御できません。 ただし、設計者はTIMおよびヒートシンク機能を選択してICを完全に冷却し、接合部温度を指定された最高温度未満に保つことができます。一般的に、TIMとヒートシンクの熱抵抗が小さいほど、冷却するIC &＃39;のケースの温度は低くなります。

2ラジエーター選定例

Ohmiteが提供するBGシリーズヒートシンクは、ボールグリッドアレイ（BGA）またはプラスチックボールグリッドアレイ（PGBA）中央処理装置（CPU）、グラフィックス処理装置（GPU）、または正方形のパッケージ基板を備えた同様のプロセッサで使用するように設計されています（図2）。

このシリーズには10種類のヒートシンク設計があり、基板は一般的なIC構成に一致し、サイズは15×15ミリメートル（mm）から45×45mm、フィン領域は2,060から10,893 mm2です（表1）。 これらのRoHS準拠のヒートシンクは、黒色アルマイト処理された6063-T5アルミニウム合金でできています。

結びの言葉

熱放散の観点から、ラジエーターの選択は比較的簡単です。 上記のように、Ohmite BGシリーズヒートシンクは、BGAパッケージ内のICの冷却問題に対する実行可能なソリューションを提供します。