Tin tức về PCB - Thiết kế mạch tốc độ cao Cân nhắc tản nhiệt

Trong thiết kế mạch kỹ thuật số thông thường, chúng tôi hiếm khi xem xét tản nhiệt của mạch tích hợp, vì mức tiêu thụ điện năng của chip tốc độ thấp thường nhỏ và trong điều kiện tản nhiệt tự nhiên bình thường, sự gia tăng nhiệt độ của chip sẽ không quá lớn. Khi tốc độ chip tiếp tục tăng, mức tiêu thụ điện năng của từng chip tăng dần. Ví dụ, CPU Pentium của Intel có thể tiêu thụ tới 25W. Khi điều kiện tự nhiên của tản nhiệt không còn có thể kiểm soát sự gia tăng nhiệt độ của chip dưới các chỉ số cần thiết, các biện pháp tản nhiệt thích hợp cần được sử dụng để tăng tốc độ giải phóng nhiệt trên bề mặt chip, cho phép chip hoạt động trong phạm vi nhiệt độ bình thường.

Trong điều kiện bình thường, truyền nhiệt bao gồm ba cách: dẫn, đối lưu và bức xạ. Sự dẫn truyền là sự truyền nhiệt giữa các vật thể tiếp xúc trực tiếp từ nhiệt độ cao hơn đến nhiệt độ thấp hơn. Đối lưu truyền nhiệt qua dòng chất lỏng, trong khi bức xạ không cần bất kỳ phương tiện nào. Yếu tố làm nóng giải phóng nhiệt trực tiếp vào không gian xung quanh.

Trong các ứng dụng thực tế, có hai cách để tản nhiệt, tản nhiệt và quạt, hoặc cả hai. Bộ tản nhiệt dẫn nhiệt từ chip đến bộ tản nhiệt bằng cách tiếp xúc chặt chẽ với bề mặt của chip. Bộ tản nhiệt thường là một chất dẫn nhiệt tốt với nhiều lưỡi dao. Bề mặt mở rộng hoàn toàn của nó làm tăng đáng kể bức xạ nhiệt trong khi lưu thông không khí. Nó cũng có thể lấy đi nhiều nhiệt hơn. Việc sử dụng quạt cũng được chia thành hai hình thức, một được gắn trực tiếp trên bề mặt tản nhiệt và một trên khung gầm và giá đỡ để tăng lưu lượng không khí trong toàn bộ không gian. Tương tự như định luật Ohm cơ bản nhất trong tính toán mạch, có một công thức cơ bản nhất cho tính toán tản nhiệt:

Chênh lệch nhiệt độ=nhiệt kháng * tiêu thụ điện năng

Trong trường hợp của bộ tản nhiệt, "sức đề kháng" tản nhiệt giữa bộ tản nhiệt và không khí xung quanh được gọi là sức đề kháng nhiệt và kích thước của "dòng nhiệt" giữa bộ tản nhiệt và không khí được biểu thị bằng mức tiêu thụ điện năng của chip, do đó làm cho dòng nhiệt tiêu tan qua nhiệt. Khi tản nhiệt chảy vào không khí, một sự khác biệt nhiệt độ nhất định được tạo ra giữa tản nhiệt và không khí do sự hiện diện của nhiệt điện trở, giống như giảm điện áp được tạo ra khi dòng điện chạy qua điện trở. Tương tự, sẽ có một số kháng nhiệt nhất định giữa bộ tản nhiệt và bề mặt chip. Đơn vị chịu nhiệt là ° C/W. Khi chọn tản nhiệt, ngoài việc xem xét kích thước cơ học, thông số quan trọng nhất là sức đề kháng nhiệt của tản nhiệt. Sức đề kháng nhiệt càng nhỏ, khả năng tản nhiệt của bộ tản nhiệt càng mạnh. Dưới đây là một ví dụ về tính toán nhiệt điện trở trong thiết kế mạch để minh họa:

Yêu cầu thiết kế:

Tiêu thụ điện năng chip: 20 watt

Nhiệt độ tối đa không thể vượt quá bề mặt chip: 85 độ C

Nhiệt độ môi trường (tối đa): 55 độ C

Tính toán sức đề kháng nhiệt của bộ tản nhiệt mong muốn.

Sức đề kháng nhiệt thực tế giữa bộ tản nhiệt và chip là rất nhỏ, vì vậy hãy lấy 01 độ C/W làm giá trị xấp xỉ. Nhưng

(R+0,1) * 20W=85 độ C - 55 độ C

Nhận R=1,4 độ C/W

Nhiệt độ bề mặt chip có thể không vượt quá 85 ° C chỉ khi điện trở nhiệt của bộ tản nhiệt được chọn nhỏ hơn 1,4 ° C/W.

Sử dụng quạt có thể lấy đi rất nhiều nhiệt từ bề mặt tản nhiệt, giảm chênh lệch nhiệt độ giữa tản nhiệt và không khí, giảm sức đề kháng nhiệt giữa tản nhiệt và không khí. Do đó, các thông số nhiệt trở của bộ tản nhiệt thường được thể hiện bằng bảng.

Trên đây là giới thiệu về các cân nhắc tản nhiệt trong thiết kế PCB tốc độ cao. Ipcb cũng được cung cấp cho các nhà sản xuất PCB và công nghệ sản xuất PCB