Kühltechnologie, die die Wärmeableitung und ihr Funktionsprinzip verbessern kann
Kommen wir nun zum ultimativen Problem, das alle interessiert: die Wärmeableitung.
Hitzeflosse
Der Kühlkörper ist ein passiver Wärmeübertrager. Bei der Wärmeübertragung vom IC-Gehäuse an die Umgebung ist sein Wärmewiderstand viel kleiner als der parallele Wärmewiderstand vom Gehäuse zur Umgebung, verursacht durch Wärmekonvektion und Wärmestrahlung.
Abbildung 1 zeigt das Wärmewiderstandsmodell des N-Fin-Kühlkörpers (N ist die Anzahl der Fins), wobei das Thermal Interface Material (TIM) mit der Oberseite des Gehäuses verbunden ist. Wir benötigen TIM, um den Kontakt zwischen dem Gehäuse und dem Kühlkörper zu verbessern, daher muss der effektive Wärmewiderstand des Kühlkörpers den Wärmewiderstand des TIM umfassen.
Der äquivalente Widerstand des Kühlkörpers ist ungefähr gleich dem Widerstand des TIM plus dem Widerstand an der Unterseite des Kühlkörpers und dem Widerstand des Kühlkörpers geteilt durch die Zahl N. Da die Fläche des Kühlkörpers größer sein kann als der obere Oberflächenbereich des Gehäuses, sein Wärmekonvektions- und Wärmestrahlungswiderstand kann kleiner sein als der Wärmekonvektions- und Wärmestrahlungswiderstand der oberen Oberfläche des Gehäuses. Wenn der Widerstand durch die Anzahl der Kühlkörper Fin geteilt wird, kann außerdem eine Verbesserung um das N-fache erreicht werden. Wenn jedoch bei einer gegebenen Kühlkörpersubstratfläche die Zunahme der Finnen einen bestimmten Betrag überschreitet, führt dies schließlich dazu, dass der Wärmewiderstand jeder Finnen steigt: Dies liegt daran, dass sich die Kühlkörper einander nähern und die effektive Hitzeübertragungskoeffizient. . Und da diese Wärmewiderstände den effektiven Wärmewiderstand des Kühlkörpers direkt erhöhen, ist es sehr wichtig, Materialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit für den Kühlkörper und das TIM zu wählen, um die Gesamtleistung des Kühlkörpers zu verbessern.
Kühlkörper
Eine andere Technik zum Kühlen elektronischer Systeme besteht darin, thermische Durchkontaktierungen und Kühlkörper zu verwenden, um mehr Wärme vom IC auf die Rückseite der Leiterplatte zu verteilen. Die unter dem IC platzierten Wärmeableitungslöcher können den Wärmewiderstand der Leiterplatte erheblich reduzieren und helfen, die Wärme an die Wärmeableitungsplatte an der Unterseite der Leiterplatte zu leiten. Der Kühler besteht aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit (wie Graphit) und hat eine größere Oberfläche, um die Wärmeableitung zu verbessern。
Fan
Wenn passive Kühlkörper oder Radiatoren nicht ausreichen, um die Wärme abzuführen, können Unterhaltungselektroniksysteme wie Desktop-Computer, Notebook-Computer, Projektoren usw. auch elektronische Lüfter zur Wärmeableitung verwenden. Ventilatoren verwenden Elektromotoren und benötigen Strom, um den Luftstrom aktiv um das System herum zu bewegen, um Wärme abzuführen. Dies kann zu Audiogeräuschen führen, daher müssen bei der Auswahl eines Lüfters Geräusch- und Zuverlässigkeitsprobleme berücksichtigt werden. Viele Lüfter können heute Pulsweitenmodulationssignale (PWM) verwenden, um die Geschwindigkeit zu steuern, sodass Sie ein Wärmemanagementsystem entwickeln können, das die Lüftergeschwindigkeit basierend auf der Systemtemperatur dynamisch anpasst.
Wärmeleitung
Das Wärmerohr ist ein Wärmeübertragungsgerät, das die Prinzipien der Wärmeleitung und des Phasenwechsels nutzt, um Wärme zwischen festen Komponenten zu übertragen. Der Phasenwechsel des Kühlerrohres bezeichnet üblicherweise den Vorgang, bei dem die Flüssigkeit am Verdampfungsende den Siedepunkt erreicht, verdampft und sich als Gas im Rohr ausbreitet. Nachdem es das kalte Ende erreicht hat, kondensiert es und gibt Wärme ab, und dann fließt die Flüssigkeit durch Kapillarwirkung zum Verdampfungsende zurück. Bei der Wärmeübertragung vom Verdampfungsende zum Verflüssigungsende wird dieser Vorgang kontinuierlich wiederholt. Heatpipes werden auch häufig in Unterhaltungselektroniksystemen wie Computern, Tablets und Smartphones verwendet.
Dynamische Drosselung
Schließlich können wir als Elektroingenieure zwar verschiedene Techniken zur Leistungsdrosselung verwenden, um den Stromverbrauch des Systems zu kontrollieren, aber dies verringert normalerweise die Systemleistung. Unser Ziel ist es, unseren Kunden die bestmögliche Benutzererfahrung zu ermöglichen und gleichzeitig die Leistung so gut wie möglich abzuwägen. Viele elektronische Systeme verwenden jetzt überall auf der Leiterplatte Wärmesensoren, die es dem integrierten Prozessor ermöglichen, die Temperatur im System zu überwachen und dynamische Drosselungsentscheidungen zu treffen, wenn die Temperatur ansteigt. Als Elektroingenieure kennen wir natürlich die verschiedenen Leistungskurven des Systems. Wir können unsere Erwartungen erfüllen, indem wir den Lüfter einschalten, Funktionen reduzieren, verschiedene Teile des Systems deaktivieren oder die Taktrate begrenzen, wenn die Systemtemperatur verschiedene Temperaturschwellen erreicht.
