วิธีการเลือกแผ่นระบายความร้อน?

ด้วยการพัฒนาทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี การกระจายพลังงานของส่วนประกอบไมโครอิเล็กทรอนิกส์จึงเพิ่มขึ้น และขนาดบรรจุภัณฑ์ก็เล็กลงเรื่อยๆ ดังนั้นการจัดการระบายความร้อนจึงมีความสำคัญมากขึ้นเรื่อยๆ ในการออกแบบผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์

ความน่าเชื่อถือและอายุการออกแบบของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์นั้นแปรผกผันกับอุณหภูมิในการทำงาน จากมุมมองของความน่าเชื่อถือและอุณหภูมิในการทำงานของอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ซิลิคอนทั่วไป การลดอุณหภูมิในการทำงานจะเพิ่มความน่าเชื่อถือและอายุการออกแบบของอุปกรณ์แบบทวีคูณ ดังนั้นการควบคุมอุณหภูมิการทำงานของอุปกรณ์อย่างมีประสิทธิภาพภายในขีดจำกัดจึงเป็นการรับประกันการทำงานที่มั่นคงในระยะยาว

แผ่นระบายความร้อนเป็นอุปกรณ์ที่ช่วยเพิ่มการถ่ายเทความร้อนจากปลายร้อนไปยังปลายเย็น โดยทั่วไป ปลายร้อนคือด้านบนของอุปกรณ์ที่สร้างความร้อน และปลายเย็นคืออากาศในสิ่งแวดล้อมเป็นตัวกลางในการกระจายความร้อน การสนทนาต่อไปนี้ถือว่าอากาศเป็นตัวกลางในการทำความเย็น ในกรณีส่วนใหญ่ การถ่ายเทความร้อนจากพื้นผิวของแข็งไปยังอากาศเป็นจุดเชื่อมต่อที่มีประสิทธิภาพน้อยที่สุดในระบบการถ่ายเทความร้อนทั้งหมด และพื้นผิวสัมผัสของแข็งกับก๊าซก็เป็นสถานที่ที่มีความต้านทานความร้อนสูงสุดเช่นกัน แผ่นระบายความร้อนช่วยลดความต้านทานความร้อนของพื้นผิวสัมผัสของแข็ง-ไอโดยการเพิ่มพื้นที่สัมผัสด้วยตัวกลางระบายความร้อน ซึ่งช่วยให้อุปกรณ์ถ่ายเทความร้อนได้มากขึ้นหรือลดอุณหภูมิการทำงานของอุปกรณ์ภายใต้อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นเท่าเดิม วัตถุประสงค์หลักของการใช้แผ่นระบายความร้อนคือการทำให้อุณหภูมิการทำงานของอุปกรณ์ต่ำกว่าตัวบ่งชี้ที่ผู้ผลิตกำหนด

วัฏจักรความร้อน (ชื่อตามตัวอักษรคือชื่อนี้ แต่จริงๆ แล้วเป็นวิธีเครือข่ายต้านทานความร้อนที่เรามักพูดกัน หรือวิธีเครือข่ายความร้อน/วิธีเครือข่ายไฟฟ้า ซึ่งต่อไปนี้จะเรียกว่าวิธีเครือข่ายต้านทานความร้อน) ก่อนที่จะพูดถึงวิธีการเลือก แผ่นระบายความร้อน เพื่อให้ผู้อ่านที่ไม่คุ้นเคยกับการนำความร้อนเข้าใจหัวข้อการสนทนาได้อย่างรวดเร็ว ก่อนอื่นให้อธิบายคำศัพท์ที่เกี่ยวข้องในการอภิปรายต่อไปนี้และวิธีการสร้างเครือข่ายความต้านทานความร้อน คำจำกัดความของสัญลักษณ์และข้อกำหนดมีดังนี้:

ถาม: พลังงานทั้งหมดหรืออัตราการสร้างความร้อน (ควรแปลว่ากำลังกระจาย) หน่วย W หมายถึงอัตราความร้อนที่เกิดจากส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ระหว่างการทำงาน ในการเลือกฮีตซิงก์ที่เหมาะสม มักจะใช้ค่าสูงสุดของพลังงานที่กระจายไป

Tj: อุณหภูมิจุดเชื่อมต่อ (โดยทั่วไปควรอ้างอิงถึงอุณหภูมิจุดเชื่อมต่อ และคำอธิบายในข้อความต้นฉบับคืออุณหภูมิจุดเชื่อมต่อสูงสุดสำหรับอุปกรณ์เพื่อให้ทำงานได้อย่างเสถียร) ในหน่วย °C

อุณหภูมิจุดเชื่อมต่อสูงสุดที่อนุญาตมีตั้งแต่ 115°C สำหรับส่วนประกอบไมโครอิเล็กทรอนิกส์ทั่วไปจนถึง 180°C สำหรับอุปกรณ์ควบคุมอุณหภูมิพิเศษบางตัว ในการทหารและโอกาสพิเศษบางอย่าง ส่วนประกอบที่มีอุณหภูมิในการทำงานอยู่ที่ 65°C ถึง 80°C จะไม่ค่อยได้ใช้ (ข้อความต้นฉบับไม่ได้ระบุอุณหภูมิในการทำงาน เพื่อไม่ให้เกิดความสับสน การแปลได้รับการแก้ไขเป็นพิเศษ)

Tc: อุณหภูมิเคสของอุปกรณ์ในหน่วย °C

เนื่องจากอุณหภูมิของเคสสัมพันธ์กับจุดทดสอบที่เลือกบนเปลือกหีบห่อ (อุณหภูมิของพื้นผิวบรรจุภัณฑ์ส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ไม่สม่ำเสมอ) ซึ่งมักจะหมายถึงจุดอุณหภูมิสูงสุดบนเปลือกหีบห่อ

Ts: อุณหภูมิของตัวระบายความร้อนในหน่วย °C

หมายถึงจุดอุณหภูมิสูงสุดที่ตัวระบายความร้อนอยู่ใกล้กับอุปกรณ์ (พื้นผิวของเปลือกหีบห่อ)

ตา: อุณหภูมิแวดล้อมใน° C

ผ่านความสัมพันธ์ระหว่างความแตกต่างของอุณหภูมิ (ข้อความต้นฉบับคืออุณหภูมิ) กับความเร็วของการถ่ายเทความร้อน (ข้อความต้นฉบับคือความเร็วของการกระจายความร้อน) ประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนระหว่างสองตำแหน่งของโครงสร้างเชิงความร้อนสามารถแสดงเชิงปริมาณโดย ความต้านทานความร้อน R คำจำกัดความของความต้านทาน R มีดังนี้:

R=ΔT/Q โดยที่ ΔT คือความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างสองตำแหน่ง หน่วยของความต้านทานความร้อนคือ °C/W ซึ่งแสดงถึงความแตกต่างของอุณหภูมิเมื่อมีการถ่ายเทความร้อนต่อหน่วย คำจำกัดความของความต้านทานความร้อนค่อนข้างคล้ายกับความต้านทาน Re ที่กำหนดโดยกฎของโอห์ม' Re=ΔV/I โดยที่ ΔV คือความต่างศักย์ และ I คือกระแส