เทคโนโลยีการระบายความร้อนที่สามารถปรับปรุงการกระจายความร้อนและหลักการทำงาน

ตอนนี้ ให้เราเข้าสู่ปัญหาสุดท้ายที่ทุกคนใส่ใจ: การกระจายความร้อน

ครีบร้อน

แผ่นระบายความร้อนเป็นอุปกรณ์ถ่ายเทความร้อนแบบพาสซีฟ เมื่อถ่ายเทความร้อนจากแพ็คเกจ IC ไปยังสภาพแวดล้อมโดยรอบ ความต้านทานความร้อนจะน้อยกว่าความต้านทานความร้อนแบบขนานจากบรรจุภัณฑ์ไปยังสิ่งแวดล้อมที่เกิดจากการพาความร้อนและการแผ่รังสีความร้อนมาก

รูปที่ 1 แสดงแบบจำลองความต้านทานความร้อนของแผ่นระบายความร้อน N-fin (N คือจำนวน Fin) โดยที่วัสดุเชื่อมต่อในการระบายความร้อน (TIM) เชื่อมต่อกับด้านบนของบรรจุภัณฑ์ เราต้องการ TIM เพื่อปรับปรุงการสัมผัสระหว่างบรรจุภัณฑ์และแผ่นระบายความร้อน ดังนั้นการต้านทานความร้อนที่มีประสิทธิภาพของแผ่นระบายความร้อนจะต้องรวมการต้านทานทางความร้อนของ TIM ด้วย

ค่าความต้านทานที่เท่ากันของตัวระบายความร้อนจะเท่ากับค่าความต้านทานของ TIM โดยประมาณบวกกับค่าความต้านทานที่ด้านล่างของตัวระบายความร้อน และค่าความต้านทานของตัวระบายความร้อนหารด้วยเลข N เนื่องจากพื้นที่ของตัวระบายความร้อนนั้นสามารถใหญ่ขึ้นได้ ความต้านทานการพาความร้อนและการแผ่รังสีความร้อนอาจน้อยกว่าการพาความร้อนและการแผ่รังสีความร้อนของพื้นผิวด้านบนของบรรจุภัณฑ์ นอกจากนี้ หากความต้านทานหารด้วยจำนวนครีบระบายความร้อน การปรับปรุง N ครั้งก็สามารถทำได้ อย่างไรก็ตาม สำหรับพื้นที่ซับสเตรตของฮีตซิงก์ที่กำหนด เมื่อ Fin เพิ่มขึ้นมากกว่าจำนวนหนึ่ง ในที่สุดจะทำให้ความต้านทานความร้อนของแต่ละ Fin เพิ่มขึ้น เนื่องจากฮีตซิงก์เริ่มเข้าใกล้กันและลดประสิทธิภาพ ค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อน . และเนื่องจากความต้านทานความร้อนเหล่านี้เพิ่มการต้านทานความร้อนที่มีประสิทธิภาพของแผงระบายความร้อนโดยตรง การเลือกวัสดุที่มีค่าการนำความร้อนสูงสำหรับแผงระบายความร้อนและ TIM เป็นสิ่งสำคัญมาก เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพโดยรวมของแผงระบายความร้อน

อ่างความร้อน

อีกเทคนิคหนึ่งสำหรับการทำความเย็นระบบอิเล็กทรอนิกส์คือการใช้ Thermal vias และ heat sink เพื่อกระจายความร้อนจาก IC ไปยังด้านหลังของ PCB มากขึ้น รูระบายความร้อนที่วางอยู่ใต้ IC สามารถลดความต้านทานความร้อนของ PCB ได้อย่างมาก และช่วยนำความร้อนไปยังแผ่นกระจายความร้อนที่อยู่ด้านล่างของ PCB หม้อน้ำทำจากวัสดุที่มีค่าการนำความร้อนสูง (เช่นกราไฟท์) และมีพื้นที่ผิวที่ใหญ่ขึ้นเพื่อปรับปรุงการกระจายความร้อน。

พัดลม

เมื่อแผงระบายความร้อนแบบพาสซีฟหรือหม้อน้ำไม่เพียงพอในการกำจัดความร้อน ระบบอิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค เช่น คอมพิวเตอร์เดสก์ท็อป คอมพิวเตอร์โน้ตบุ๊ก โปรเจ็กเตอร์ ฯลฯ ก็สามารถใช้พัดลมอิเล็กทรอนิกส์เพื่อระบายความร้อนได้เช่นกัน พัดลมใช้มอเตอร์ไฟฟ้าและต้องใช้ไฟฟ้าในการเคลื่อนย้ายกระแสลมรอบระบบเพื่อระบายความร้อน ซึ่งอาจทำให้เกิดเสียงรบกวน ดังนั้นต้องพิจารณาปัญหาด้านเสียงและความน่าเชื่อถือเมื่อเลือกพัดลม พัดลมจำนวนมากในปัจจุบันสามารถใช้สัญญาณการปรับความกว้างพัลส์ (PWM) เพื่อควบคุมความเร็ว คุณจึงสามารถออกแบบระบบจัดการระบายความร้อนเพื่อปรับความเร็วพัดลมแบบไดนามิกตามอุณหภูมิของระบบได้

ท่อความร้อน

ท่อความร้อนเป็นอุปกรณ์ถ่ายเทความร้อนที่ใช้หลักการนำความร้อนและการเปลี่ยนแปลงเฟสเพื่อถ่ายเทความร้อนระหว่างส่วนประกอบที่เป็นของแข็ง การเปลี่ยนเฟสของท่อหม้อน้ำมักจะหมายถึงกระบวนการที่ของเหลวถึงจุดเดือดที่จุดสิ้นสุดการระเหยและกลายเป็นไอและแพร่กระจายเข้าไปในท่อในลักษณะของก๊าซ หลังจากที่ถึงจุดสิ้นสุดความเย็น มันจะควบแน่นและปล่อยความร้อน จากนั้นของเหลวจะไหลกลับไปยังจุดสิ้นสุดของการระเหยด้วยการกระทำของเส้นเลือดฝอย ในการเคลื่อนที่ของการถ่ายเทความร้อนจากปลายระเหยไปยังจุดควบแน่น กระบวนการนี้จะทำซ้ำอย่างต่อเนื่อง ท่อความร้อนยังใช้กันอย่างแพร่หลายในระบบอิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค เช่น คอมพิวเตอร์ แท็บเล็ต และสมาร์ทโฟน

การควบคุมปริมาณแบบไดนามิก

สุดท้าย ในฐานะวิศวกรไฟฟ้า เราสามารถใช้เทคนิคการควบคุมปริมาณพลังงานแบบต่างๆ ได้จริงเพื่อควบคุมการใช้พลังงานของระบบ แต่วิธีนี้มักจะลดประสิทธิภาพของระบบ เป้าหมายของเราคือช่วยให้ลูกค้าได้รับประสบการณ์การใช้งานที่ดีที่สุดในขณะที่ชั่งน้ำหนักประสิทธิภาพให้ได้มากที่สุด ขณะนี้ระบบอิเล็กทรอนิกส์จำนวนมากใช้เซ็นเซอร์อุณหภูมิทั่วทั้ง PCB ทำให้โปรเซสเซอร์ออนบอร์ดสามารถตรวจสอบอุณหภูมิในระบบและตัดสินใจควบคุมปริมาณแบบไดนามิกเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ในฐานะวิศวกรไฟฟ้า เราเข้าใจเส้นโค้งกำลังต่างๆ ของระบบอย่างเป็นธรรมชาติ เราสามารถบรรลุความคาดหวังของเราได้โดยการเปิดพัดลม ลดการทำงาน ปิดการใช้งานส่วนต่างๆ ของระบบ หรือจำกัดความเร็วสัญญาณนาฬิกาเมื่ออุณหภูมิของระบบถึงเกณฑ์อุณหภูมิที่ต่างกัน