= ([Temperatura nel punto caldo, grC] - [Temperatura al punto freddo, grC]) / [Dissipazione di potenza, W]

Ciò significa che se la potenza termica X W proviene dal punto caldo al punto freddo e la resistenza termica è Y grC / W, allora la differenza di temperatura sarà X * Y grC.

Formula per calcolare il raffreddamento di un elemento di potenza

Nel caso del calcolo della rimozione del calore di un elemento elettronico di potenza, lo stesso può essere formulato come segue:

[Temperatura del cristallo dell'elemento di potenza, grC] = [Temperatura ambiente, grC] + [Dissipazione di potenza, W] *

Dove [ Resistenza termica totale, grC/W] = + [Resistenza termica tra custodia e radiatore, grC/W] + (per il caso con un radiatore),

O [ Resistenza termica totale, grC/W] = [Resistenza termica tra vetro e cassa, grC/W] + [Resistenza termica tra l'alloggiamento e l'ambiente, grC/W] (per il caso senza radiatore).

Come risultato del calcolo, dobbiamo ottenere una temperatura del cristallo tale che sia inferiore al massimo consentito specificato nel libro di consultazione.

Dove posso ottenere i dati per il calcolo?

Resistenza termica tra stampo e cassa per gli elementi di potere è solitamente riportato nel libro di consultazione. Ed è designato così:

Non lasciarti confondere dal fatto che il libro di consultazione contenga unità di misura K/W o K/W. Ciò significa che questo valore è espresso in Kelvin per Watt, in grZ per W sarà esattamente lo stesso, cioè X K/W = X grZ/W.

In genere, i libri di consultazione danno il massimo valore possibile di questo valore, tenendo conto della variazione tecnologica. Questo è ciò di cui abbiamo bisogno, poiché dobbiamo effettuare calcoli per il caso peggiore. Ad esempio, la massima resistenza termica possibile tra il cristallo e l'alloggiamento dell'alimentazione transistor ad effetto di campo SPW11N80C3 è pari a 0,8 gC/W,

Resistenza termica tra case e dissipatore di calore dipende dal tipo di abitazione. I valori massimi tipici sono riportati nella tabella:

TO-3	1.56
TO-3P	1.00
TO-218	1.00
TO-218FP	3.20
TO-220	4.10
TO-225	10.00
TO-247	1.00
DPACK	8.33

Guarnizione isolante. Secondo la nostra esperienza, una guarnizione isolante scelta e installata correttamente raddoppia la resistenza termica.

Resistenza termica tra case/dissipatore e ambiente. Questa resistenza termica è abbastanza facile da calcolare con una precisione accettabile per la maggior parte dei dispositivi.

[Resistenza termica, grC/W] = [120, (grC*cmq)/L] / [Area del radiatore o parte metallica del corpo dell'elemento, mq. cm].

Questo calcolo è adatto per condizioni in cui elementi e radiatori sono installati senza creare condizioni speciali per il flusso d'aria naturale (convezione) o artificiale. Il coefficiente stesso è stato scelto dalla nostra esperienza pratica.

La specifica della maggior parte dei radiatori contiene la resistenza termica tra il radiatore e l'ambiente. Quindi nei calcoli è necessario utilizzare questo valore. Questo valore va calcolato solo nel caso in cui non sia possibile reperire i dati tabellari del radiatore. Utilizziamo spesso radiatori usati per assemblare campioni di sviluppo, quindi questa formula ci aiuta molto.

Per il caso in cui il calore viene rimosso attraverso i contatti scheda a circuito stampato, nel calcolo può essere utilizzata anche l'area di contatto.

Nel caso in cui il calore venga dissipato attraverso i terminali di un elemento elettronico (tipicamente diodi e diodi zener di potenza relativamente bassa), l'area del terminale viene calcolata in base al diametro e alla lunghezza del terminale.

[Area terminale, mq. cm.] = Pi greco * ([ Lunghezza mina destra cm.] * [Diametro terminale destro, cm.] + [Lunghezza mina sinistra cm.] * [Diametro del terminale sinistro, cm.])

Un esempio di calcolo della rimozione del calore da un diodo zener senza radiatore

Lasciamo che un diodo zener abbia due terminali con un diametro di 1 mm e una lunghezza di 1 cm e lasciamo che dissipi 0,5 W. Poi:

La superficie del terminal sarà di circa 0,6 mq. cm.

La resistenza termica tra il case (terminali) e l'ambiente sarà 120 / 0,6 = 200.

La resistenza termica tra il vetro e la cassa (terminali) in questo caso può essere trascurata, poiché è molto inferiore a 200.

Supponiamo che la temperatura massima alla quale verrà utilizzato il dispositivo sarà di 40 grC. Quindi la temperatura del cristallo = 40 + 200 * 0,5 = 140 grC, che è accettabile per la maggior parte dei diodi zener.

Calcolo online del dissipatore di calore - radiatore

Tieni presente che per i radiatori a piastra è necessario calcolare l'area di entrambi i lati della piastra. Per le tracce PCB utilizzate per la dissipazione del calore, è necessario prendere solo un lato, poiché l'altro non è a contatto con l'ambiente. Per i radiatori ad aghi, è necessario stimare approssimativamente l'area di un ago e moltiplicare quest'area per il numero di aghi.

Calcolo online della rimozione del calore senza radiatore

Diversi elementi su un radiatore.

Se più elementi sono installati su un dissipatore di calore, il calcolo è simile a questo. Innanzitutto, calcoliamo la temperatura del radiatore utilizzando la formula:

[Temperatura del radiatore, grC] = [Temperatura ambiente, grC] + [Resistenza termica tra radiatore e ambiente, grC/W] * [Potenza totale, W]

[Temperatura del cristallo, grC] = [Temperatura del radiatore, grC] + ([Resistenza termica tra il cristallo e il corpo dell'elemento, grC/W] + [Resistenza termica tra il corpo dell'elemento e il radiatore, grC/W]) * [Potenza dissipata dall'elemento, W]

Anche se i transistor vengono scelti correttamente e l'area del radiatore viene calcolata correttamente, rimane un altro problema: installare correttamente i transistor sul radiatore.
Prima di tutto, dovresti prestare attenzione alla superficie del radiatore su cui sono installati transistor o microcircuiti: non dovrebbero esserci fori aggiuntivi lì, la superficie dovrebbe essere liscia e non coperta di vernice. Se la superficie del radiatore è ricoperta di vernice è necessario rimuoverla con carta vetrata, man mano che la vernice viene rimossa la grana della carta deve diminuire e quando non ci sono più tracce di vernice è necessario lucidare la superficie per un po' di tempo con carta vetrata fine.
È abbastanza conveniente utilizzare accessori speciali per una macchina da taglio (smerigliatrice) come supporto per carta vetrata o utilizzare una smerigliatrice. Opzioni possibili gli ugelli sono mostrati nelle immagini.

Figura 25 Questo disco è utile per rimuovere la vecchia vernice, livellare la superficie del radiatore nei punti in cui sono state rimosse "nervature non necessarie" e levigare "grossolanamente". Durante la lavorazione del radiatore Necessariamente fissarlo in una morsa di adeguate dimensioni.

Figura 26 Questo accessorio è utile per la "rifinitura" della molatura, ma non è consigliabile utilizzare una macchina da taglio: l'alluminio "si attacca" alla carta vetrata ed è molto difficile tenere la macchina tra le mani - potresti farti male. La forma dell'ugello stesso si adatta abbastanza comodamente alla mano e la levigatura manuale non causa alcun inconveniente, e se si avvita una vite nell'ugello e la si avvolge con del nastro isolante, il lavoro sarà una gioia.

Se è necessario rimuovere solo una parte delle alette del radiatore, si effettua un disco da taglio alla base di appoggio, poi si eseguono dei tagli alle alette alla base con una ruota da taglio di piccolo diametro e si rompono i frammenti “in eccesso”. spento. Dopodiché, fissando il radiatore in una morsa, utilizzando o una lima grossa o una mola (differisce da una mola da taglio perché è molto più spessa), livellare i punti di rottura delle nervature con la superficie della base di appoggio. Quindi viene preparato lo strumento di macinazione. Per realizzarlo viene utilizzata una trave di legno con una superficie piana. La larghezza della trave dovrebbe essere leggermente inferiore alla larghezza delle nervature rimosse e l'altezza dovrebbe essere circa 2 volte l'altezza delle nervature rimosse: questo renderà più comodo tenerlo in mano). Quindi le strisce di gomma vengono incollate su entrambi i lati "funzionanti" della trave (è possibile acquistare una benda di gomma in farmacia o un pezzo di camera d'aria presso le cabine di vulcanizzazione). La gomma non deve essere allungata, la colla utilizzata è destinata alla gomma o ha una base poliuretanica. Quindi la carta vetrata a grana grossa viene incollata su un lato della trave per la levigatura grossolana e la carta vetrata a grana fine viene incollata sull'altro per la "rifinitura". In questo modo si crea un dispositivo di levigatura su due lati che consente di levigare rapidamente la superficie del radiatore senza troppi sforzi. Se usi la carta vetrata a base di carta venduta nei concessionari di automobili, ne avrai bisogno un po' di più: viene levigata più intensamente di quella venduta nei negozi di ferramenta (su base scala), tuttavia, i negozi di automobili hanno una scelta molto più ampia di granulometrie - che vanno da grani abbastanza grossolani a macinazione "zero".

Figura 27 Radiatore “antico” centrale telefonica predisposto per l'installazione di due amplificatori UM7293
La lunghezza del radiatore è di 170 mm, la superficie di raffreddamento è di 4650 cmq - il valore calcolato per una potenza totale di 150 W (2 x 75) è di 3900 cmq.

Molto spesso è necessario collegare i transistor ai radiatori tramite guarnizioni isolanti. Tagliare la mica non è un problema, ma spesso sorgono malintesi con gli elementi di fissaggio isolati. Gli alloggiamenti dei transistor TO-126, TO-247, TO-3PBL (TO-264) sono strutturalmente progettati in modo tale che non sia necessario un fissaggio isolato: all'interno dell'alloggiamento, nel foro di montaggio, il contatto elettrico con la flangia non lo farà verificarsi. Ma gli alloggiamenti TO-220, TO-204AA non possono fare a meno di elementi di fissaggio isolati.
Puoi uscire da questa situazione realizzando tu stesso tali elementi di fissaggio, utilizzando normali viti e rondelle (Figura 28-a). I fili vengono avvolti attorno alla vite vicino alla testa (preferibilmente cotone, ma trovarli oggi è abbastanza difficile). La lunghezza dell'avvolgimento non deve superare i 3,5 mm, l'aumento del diametro non deve essere superiore a 3,7 mm (Figura 28-b). Successivamente i fili vengono impregnati con SUPERGLUE, preferibilmente SECOND o SUPERMOMENT. I fili devono essere bagnati accuratamente in modo che la colla non si depositi sul filo adiacente.
Mentre la colla si asciuga, è necessario realizzare un "conduttore", un dispositivo che normalizzerà l'altezza del rivestimento isolante situato all'interno della flangia del transistor. Per fare ciò, è necessario praticare un foro in una parte in plastica, alluminio o textolite (lo spessore del pezzo è di almeno 3 mm, il massimo non è importante, ma non ha senso prendere più di 5 mm), preferibilmente su trapano (così l'angolo rispetto al piano del pezzo sarà esattamente di 90°, cosa non di poco conto), del diametro di 2,5 mm. Successivamente si fora un incavo del diametro di 4,2 mm fino ad una profondità di 1,2...1,3 mm; è consigliabile forare gli incavi a mano per non esagerare con la profondità. Quindi viene tagliata una filettatura M3 nel foro da 2,5 mm (Figura 28-c).

Figura 28

Successivamente si mette una rondella sulla vite e si avvita nella “maschera” fino a quando i fili incollati si fermano all'interno dell'incavo, si posiziona la rondella sul piano del pezzo e si applica SUPER GLUE con la testa nei punti di contatto tra le vite e la rondella lungo tutto il perimetro del contatto (Fig. 29-a). Non appena la colla si asciuga, i filetti vengono avvolti sulla scanalatura risultante, inumiditi di tanto in tanto con SUPERGLUE fino a quando i filetti non sono allineati con il diametro della testa della vite. Idealmente, il filetto vicino alla rondella dovrebbe essere leggermente più grande, cioè il liner plastico risultante avrà la forma di un tronco di cono (Figura 29-b). Non appena la colla si asciuga, e ci vorranno circa 10 minuti (la colla si asciuga più lentamente all'interno dell'avvolgimento), potete svitare la vite (Figura 29-c) e installare il transistor sul radiatore (Figura 30), senza dimenticare trattare la flangia del transistor e la posizione di installazione sul radiatore con pasta termoconduttiva, ad esempio KPT-8. A proposito, diversi siti per l'overclocking dei processori IBM hanno condotto test sulla conduttività termica di varie paste termiche: KPT-8 appare costantemente al secondo posto ovunque e, tenendo conto del fatto che costa molte volte meno dei vincitori, si scopre essere leader nel rapporto qualità prezzo.

Figura 29

Figura 30 Fissaggio del transistor TO-220 utilizzando una vite isolante fatta in casa.

Gli alloggiamenti dei transistor TIA TO-247 possono essere installati sul radiatore utilizzando i fori disponibili in essi e non sono necessari elementi di fissaggio isolanti, tuttavia, quando si assemblano amplificatori ad alta potenza, forare e filettare una base portante spessa è piuttosto noioso - con quattro paia di terminali, è necessario preparare 8 fori e questo è solo l'amplificatore da 400-500 watt. Inoltre, il silumin, il duralluminio e ancor più l'alluminio, anche durante la foratura, si attaccano al tagliente, il che porta alla rottura del trapano, ma è meglio non parlare di quanti maschi si rompono durante il taglio dei fili.
Pertanto, a volte è più semplice utilizzare strisce aggiuntive che comprimono TUTTI i transistor della stessa struttura contemporaneamente e utilizzare viti più spesse come elementi di fissaggio e ne saranno necessarie molte meno. Una delle opzioni di fissaggio è mostrata nella Figura 31. come si vede dalla foto, 6 transistor vengono pressati con sole tre viti e forzano molto di più se ognuno di essi venisse pressato con la propria vite. In caso di riparazione (Dio non voglia, ovviamente) sarà molto più semplice svitarlo.

Figura 31 Fissaggio dei transistor al radiatore mediante una striscia.

Il significato della forza di pressione è che quando si stringe una vite autofilettante per metallo (usata per fissare la lamiera, venduta in tutti i negozi di ferramenta, è meglio rimuovere immediatamente la gomma dalla rondella - si romperà comunque), la striscia poggia su un lato contro la vite M3 con i distanziatori delle viti M4. L'altezza totale di questa struttura risulta essere leggermente maggiore dello spessore dell'alloggiamento del transistor, letteralmente di 0,3...0,8 mm, il che porta ad una leggera inclinazione della barra e con il suo secondo bordo preme il transistor al centro dell'alloggiamento.
Pertanto, quando si sceglie una striscia, la sua larghezza dovrebbe essere calcolata in base a:
- dal bordo al centro del foro con una vite M3 3-4 mm
- dal centro del foro con una vite M3 al centro del foro con una vite autofilettante da 6-7 mm
- dal centro del foro per la vite al bordo del transistor 1-2 mm
- dal bordo del transistor al centro del suo corpo ±2 mm.
La larghezza della striscia in mm non è indicata intenzionalmente, poiché in questo modo i transistor possono essere montati in quasi tutti i contenitori.
La barra può essere realizzata in fibra di vetro, le cui strisce di solito si trovano in giro tra i radioamatori. Con uno spessore di textolite di 1,5 mm, per fissare le custodie TO-220, la textolite deve essere piegata in tre, quando si collegano le custodie TO-247 - in quattro, quando si collegano le custodie TO-3PBL - in cinque. La textolite viene liberata dalla pellicola se è rivestita con pellicola e almeno meccanicamente, anche mediante incisione. Quindi viene levigato con la carta vetrata più grossa e incollato con colla epossidica, preferibilmente prodotta a Dzerzhinsk. Dopo che le pialle sono state levigate e spalmate di colla, le strisce vengono piegate e poste sotto una pressa o fissate in una morsa, tenendo conto del fatto che la colla in eccesso colerà ancora da qualche parte, quindi un posto migliore Per proteggervi da eventuali cadute, mettete lì un sacchetto di plastica, che potrete poi buttare.
La colla deve polimerizzare per almeno un giorno a temperatura ambiente; non vale la pena accelerare la polimerizzazione aumentando la punta del trapano: la colla diventa fragile, ma il riscaldamento, al contrario, riduce il tempo di indurimento della colla senza modificare le proprietà fisiche della colla. la colla. Puoi riscaldarlo con un normale asciugacapelli se non disponi di un armadio per l'asciugatura.
Si consiglia di conferire ulteriore rigidità alla tavola su un lato piegando verticalmente in due strisce aggiuntive di textolite.
Dopo che la colla epossidica si è asciugata, al posto del contatto meccanico della striscia con il corpo del transistor, è necessario attaccare una striscia di carta orizzontale piegata in tre o quattro (la larghezza della striscia risultante è di 5-8 mm, a seconda sul corpo del transistor), avendo precedentemente rivestito tutto il pezzo con colla poliuretanica (TOP-TOP, MOMENT-CRYSTAL). Questo strato di carta fornirà l'elasticità necessaria per una pressatura uniforme senza ridurre lo sforzo di premere la custodia contro il radiatore (Figura 32).
Come materiale per la barra di serraggio, è possibile utilizzare non solo la fibra di vetro, ma anche un angolo o un profilo in duralluminio o altro materiale sufficientemente resistente.

Figura 32

Un piccolo consiglio tecnologico: nonostante il fatto che le viti autofilettanti abbiano la forma di un trapano e quando si fissa la lamiera non è necessario forare quando si fora un radiatore, nei punti in cui è avvitata la vite autofilettante, è meglio praticare fori con un diametro di 3 mm, poiché lo spessore dell'alluminio è molto maggiore del materiale per il quale sono progettate queste viti autofilettanti e l'alluminio aderisce abbastanza saldamente al tagliente (puoi semplicemente ruotare la testa quando provi ad avvitare una vite autofilettante nell'alluminio o nel silicio senza forare).
L'uso delle strisce di montaggio può essere effettuato anche quando si installano transistor di “diverso calibro” sul radiatore utilizzando piccoli ispessimenti della striscia nei punti di contatto con contenitori più sottili e, dato che i transistor sono più sottili e solitamente si riscaldano meno, la mancanza di spessore può essere compensata disponendoli in più strati di nastro biadesivo in gommapiuma.
C'è un altro problema irrisolto: la potenza dell'alimentatore, ma questo è già stato discusso qui
Ora lo speriamo amplificatori fatti in casa il potere morirà molto meno spesso....

La pagina è stata preparata sulla base di materiali provenienti da un ENORME numero di siti sull'ingegneria del riscaldamento, sull'ingegneria audio, siti sull'overclocking dei processori dei computer e sui metodi di raffreddamento, attraverso misurazioni e confronti delle versioni di fabbrica degli amplificatori di potenza, messaggi e corrispondenza dei visitatori del SALDATORE e Sono stati utilizzati alcuni forum di AUDIO EQUIPMENT

Radiatori e raffreddamento.

http://radiokot.ru/articles/02/

Esiste una legge ben nota in fisica, ingegneria elettrica e termodinamica atomica: la corrente che scorre attraverso i fili li riscalda. Joule e Lenz l'hanno inventato e si sono rivelati corretti: è così. Tutto ciò che funziona con l'elettricità, in un modo o nell'altro, trasferisce parte dell'energia che passa in calore.
Nel campo dell'elettronica accade proprio che l'oggetto che soffre maggiormente il calore nel nostro ambiente sia l'aria. Sono le parti riscaldanti che trasferiscono il calore all'aria e l'aria è necessaria per prendere il calore e inviarlo da qualche parte. Perdere, ad esempio, o disperdersi in se stessi. Chiameremo il processo di raffreddamento del trasferimento di calore.
Inoltre, i nostri progetti elettronici dissipano molto calore, alcuni più di altri. Gli stabilizzatori di tensione si scaldano, gli amplificatori si scaldano, il transistor che comanda l'interruttore o anche solo un piccolo led si scalda, solo che si scalda poco. Va bene se si riscalda un po'. E se fosse così fritto che non riesci a tenerti la mano? Abbiamo pietà di lui e cerchiamo di aiutarlo in qualche modo. Per così dire, per alleviare la sua sofferenza.
Ricordiamo il dispositivo di una batteria di riscaldamento. Sì, sì, la stessa normale batteria che riscalda la stanza in inverno e su cui asciughiamo calzini e magliette. Più grande è la batteria, maggiore sarà il calore nella stanza, giusto? L'acqua calda scorre attraverso la batteria, riscalda la batteria. La batteria ha una cosa importante: il numero di sezioni. Le sezioni sono a contatto con l'aria e le trasferiscono calore. Quindi, maggiore è il numero di sezioni, cioè maggiore è l'area occupata dalla batteria, maggiore sarà il calore che potrà fornirci. Saldando un paio di sezioni in più, possiamo rendere la nostra stanza più calda. È vero, l'acqua calda nel radiatore potrebbe raffreddarsi e non rimarrà nulla per i vicini.
Consideriamo il dispositivo di un transistor.

Su base in rame (flangia) 1 su un substrato 2 cristallo fisso 3 . Si collega ai pin 4 . L'intera struttura è riempita con composto plastico 5 . La flangia ha un foro 6 per installazione su radiatore.
Questa è essenzialmente la stessa batteria, guarda! Il cristallo si riscalda, è come l'acqua calda. La flangia in rame è a contatto con l'aria, queste sono le sezioni della batteria. L'area di contatto tra la flangia e l'aria è dove l'aria viene riscaldata. L'aria riscaldata raffredda il cristallo.

Come realizzare un refrigeratore per cristalli? Non possiamo cambiare il design del transistor, questo è chiaro. Anche i creatori del transistor hanno pensato a questo e per noi martiri hanno lasciato l'unica via per il cristallo: la flangia. La flangia è come un'unica sezione di una batteria: frigge, ma non trasferisce calore all'aria e l'area di contatto è piccola. È qui che abbiamo spazio per le nostre azioni! Possiamo estendere la flangia, saldarvi un altro paio di sezioni, cioè una grande piastra di rame, poiché la flangia stessa è di rame, oppure possiamo fissare la flangia su un pezzo grezzo di metallo chiamato radiatore. Fortunatamente, il foro nella flangia è predisposto per un bullone e un dado.

Cos'è un radiatore? Ho ripetuto il terzo paragrafo su di lui, ma in realtà non ho detto nulla! Ok, vediamo:

Come puoi vedere, il design dei radiatori può essere diverso, questi includono piastre e alette, ma ci sono anche radiatori ad aghi e vari altri; basta andare in un negozio di ricambi per radio e scorrere lo scaffale con i radiatori. I radiatori sono spesso realizzati in alluminio e sue leghe (silumin e altri). I radiatori in rame sono migliori, ma più costosi. I radiatori in acciaio e ferro vengono utilizzati solo a potenza molto bassa, 1-5 W, poiché dissipano il calore lentamente.
Il calore generato nel cristallo è determinato da una formula molto semplice P=U*I, dove P è la potenza rilasciata nel cristallo, W, U = tensione sul cristallo, V, I è la corrente che attraversa il cristallo, A. Questo calore passa attraverso il substrato fino alla flangia, dove viene trasferito al radiatore. Successivamente, il radiatore riscaldato entra in contatto con l'aria e il calore gli viene trasferito, come prossimo partecipante al nostro sistema di raffreddamento.

Diamo un'occhiata al circuito di raffreddamento completo del transistor.

Abbiamo due cose: questo è un radiatore 8 e la guarnizione tra il radiatore e il transistor 7 . Potrebbe non esistere, il che è allo stesso tempo un male e un bene. Scopriamolo.

Te ne parlerò due parametri importanti- queste sono le resistenze termiche tra il cristallo (o giunzione, come viene anche chiamata) e il corpo del transistor - Rpk e tra il corpo del transistor e il radiatore - Rcr. Il primo parametro mostra quanto bene il calore viene trasferito dal cristallo alla flangia del transistor. Ad esempio, Rpc pari a 1,5 gradi Celsius per watt spiega che con un aumento di potenza di 1 W, la differenza di temperatura tra la flangia e il radiatore sarà di 1,5 gradi. In altre parole il flange sarà sempre più freddo del cristallo, e quanto lo dimostra questo parametro. Più è piccolo, migliore è il trasferimento del calore alla flangia. Se dissipiamo 10 W di potenza, la flangia sarà più fredda del cristallo di 1,5 * 10 = 15 gradi e se 100 W, quindi di 150! E poiché la temperatura massima del cristallo è limitata (non può friggere fino al calore bianco!), la flangia deve essere raffreddata. Allo stesso 150 gradi.

Per esempio:
Il transistor dissipa 25 W di potenza. Il suo Rpc è pari a 1,3 gradi per watt. La temperatura massima dei cristalli è di 140 gradi. Ciò significa che ci sarà una differenza di 1,3*25=32,5 gradi tra la flangia e il cristallo. E poiché il cristallo non può essere riscaldato oltre i 140 gradi, siamo tenuti a mantenere la temperatura della flangia non più calda di 140-32,5 = 107,5 gradi. Come questo.
E il parametro Rcr mostra la stessa cosa, solo che si verificano perdite sulla stessa famigerata guarnizione 7. Il suo valore di Rcr può essere molto maggiore di Rpk, quindi, se stiamo progettando un'unità potente, non è consigliabile posizionare i transistor sulle guarnizioni . Ma a volte è ancora necessario. L'unico motivo per utilizzare una guarnizione è se è necessario isolare il dissipatore di calore dal transistor, poiché la flangia è collegata elettricamente al terminale centrale del corpo del transistor.

Diamo un'occhiata a un altro esempio.
Il transistor si riscalda a 100 W. Come al solito, la temperatura del cristallo non supera i 150 gradi. Il suo Rpc è di 1 grado per watt, ed è anche su una guarnizione, che ha Rcr 2 gradi per watt. La differenza di temperatura tra il cristallo e il radiatore sarà 100*(1+2)=300 gradi. Il radiatore non deve essere tenuto più caldo di 150-300 = meno 150 gradi: sì, carissimi, è proprio così che solo l'azoto liquido salva: orrore!
È molto più facile vivere su un radiatore per transistor e microcircuiti senza guarnizioni. Se non sono presenti, e le flange sono pulite e lisce, e il radiatore brilla di lucentezza e viene applicata anche la pasta termoconduttrice, il parametro Rcr è così piccolo che semplicemente non viene preso in considerazione.

Esistono due tipi di raffreddamento: convezione e forzato. La convezione, se ricordiamo la fisica scolastica, è la distribuzione indipendente del calore. Lo stesso vale per il raffreddamento a convezione: abbiamo installato un radiatore e in qualche modo gestirà l'aria lì. I radiatori a convezione vengono spesso installati all'esterno dei dispositivi, come negli amplificatori, hai visto? Ai lati ci sono due oggetti in lamiera. I transistor sono avvitati su di essi dall'interno. Tali radiatori non possono essere coperti, bloccando l'accesso dell'aria, altrimenti il ​​radiatore non avrà nessun posto dove mettere il calore, si surriscalderà e rifiuterà di accettare il calore dal transistor, che non ci penserà per molto tempo, si surriscalderà anche e : sai cosa succederà. Il raffreddamento forzato avviene quando costringiamo l'aria a soffiare più attivamente sul radiatore, facendosi strada lungo le nervature, gli aghi e i fori. Qui usiamo i fan, vari canali aria condizionata e altri modi. Sì, a proposito, al posto dell'aria possono facilmente esserci acqua, olio e persino azoto liquido. I tubi radio dei potenti generatori sono spesso raffreddati con acqua corrente.
Come riconoscere un radiatore: è per convezione o raffreddamento forzato? La sua efficienza dipende da questo, cioè dalla velocità con cui può raffreddare un cristallo caldo, dal flusso di energia termica che può attraversare se stesso.
Diamo un'occhiata alle foto.

Il primo radiatore è per il raffreddamento a convezione. Lunga distanza tra le alette garantisce un flusso d'aria libero e un buon trasferimento di calore. Una ventola è posizionata sopra il secondo radiatore e soffia l'aria attraverso le alette. Questo è il raffreddamento forzato. Naturalmente, entrambi i radiatori possono essere utilizzati ovunque, ma l'intera questione è la loro efficienza.
I radiatori hanno 2 parametri: la loro area (in centimetri quadrati) e il coefficiente di resistenza termica medio-radiatore Rрс (in Watt per grado Celsius). L'area si calcola come la somma delle aree di tutti i suoi elementi: l'area della base su entrambi i lati + l'area delle piastre su entrambi i lati. L'area delle estremità della base non viene presa in considerazione, quindi ci saranno pochissimi centimetri quadrati lì.

Esempio:
il radiatore dell'esempio sopra è per il raffreddamento a convezione.
Dimensioni base: 70x80mm
Dimensioni pinna: 30x80 mm
Numero di costole: 8
Superficie base: 2x7x8=112 cmq
Zona costa: 2x3x8=48 cmq.
Superficie totale: 112+8x48=496 cmq.

Il coefficiente di resistenza termica media del radiatore Rрс mostra quanto aumenterà la temperatura dell'aria in uscita dal radiatore quando la potenza aumenta di 1 W. Ad esempio, Rpc pari a 0,5 gradi Celsius per Watt ci dice che la temperatura aumenterà di mezzo grado quando si riscalda di 1 Watt. Questo parametro è considerato una formula a tre piani e la nostra mente felina semplicemente non riesce a gestirlo: Rрс, come ogni resistenza termica nel nostro sistema, più è bassa, meglio è. E può essere ridotto in diversi modi: per questo i radiatori vengono anneriti chimicamente (ad esempio, l'alluminio si scurisce bene nel cloruro ferrico - non sperimentare a casa, viene rilasciato cloro!), C'è anche l'effetto di orientare il radiatore nel aria per un migliore passaggio lungo le piastre (un radiatore verticale è meglio raffreddato rispetto a quello reclinato). Si sconsiglia di verniciare il radiatore con vernice: la vernice è una resistenza termica non necessaria. Anche se solo leggermente, in modo che sia scuro, ma non in uno spesso strato!

L'applicazione ha un piccolo programmatore in cui è possibile calcolare l'area approssimativa del radiatore per alcuni microcircuiti o transistor. Usandolo, calcoliamo un radiatore per un alimentatore.
Schema di alimentazione.

L'alimentatore emette 12 V con una corrente di 1 A. La stessa corrente scorre attraverso il transistor. L'ingresso del transistor è di 18 Volt, l'uscita è di 12 Volt, il che significa che la tensione che cade ai suoi capi è 18-12 = 6 Volt. La potenza dissipata dal cristallo del transistor è 6V*1A=6W. La temperatura massima del cristallo del 2SC2335 è di 150 gradi. Non utilizziamolo in condizioni estreme, scegliamo una temperatura più bassa, ad esempio 120 gradi. La resistenza termica della custodia di giunzione Rpc di questo transistor è di 1,5 gradi Celsius per watt.
Poiché la flangia del transistor è collegata al collettore, forniamo l'isolamento elettrico al dissipatore di calore. Per fare ciò, tra il transistor e il radiatore posizioniamo una guarnizione isolante in gomma termoconduttiva. La resistenza termica della guarnizione è di 2 gradi Celsius per watt.
Per un buon contatto termico, versare un po' di olio siliconico PMS-200. Questo è un olio denso con una temperatura massima di +180 gradi, riempirà gli spazi d'aria che sicuramente si formeranno a causa delle irregolarità della flangia e del radiatore e migliorerà il trasferimento di calore. Molte persone usano la pasta KPT-8, ma molti la considerano non il miglior conduttore di calore.
Posizioneremo il radiatore sulla parete posteriore dell'alimentatore, dove verrà raffreddato dall'aria ambiente a +25 gradi.
Sostituiamo tutti questi valori nel programma e calcoliamo l'area del radiatore. L'area risultante di 113 cm quadrati è l'area del radiatore progettata per il funzionamento a lungo termine dell'alimentatore a piena potenza - più di 10 ore. Se non abbiamo bisogno di alimentare l’alimentatore per così tanto tempo, possiamo cavarcela con un radiatore più piccolo ma più massiccio. E se installiamo un radiatore all'interno dell'alimentatore, non è necessaria la guarnizione isolante, senza di essa il radiatore può essere ridotto a 100 cmq.
In generale, miei cari, la scorta non basta per le vostre tasche, siete tutti d'accordo? Pensiamo al margine in modo che sia sia nell'area del radiatore che nei limiti di temperatura dei transistor. Dopotutto, non sarà nessun altro a dover riparare i dispositivi e sostituire i transistor troppo cotti, ma tu stesso! Ricorda questo!
Buona fortuna.

Influenza dell'ambiente del componente.

È possibile che la quantità di rame nello strato superiore su cui è montato il componente influisca sulle prestazioni di raffreddamento. Il secondo elemento che può avere un impatto è la quantità di saldatura utilizzata durante l'installazione.

Un transistor in un pacchetto DPAK verrà utilizzato come elemento riscaldante all'alimentazione 2.5 Mar

Test di influenza della zona di rame attorno al componente (DPAK), temperatura dello stampo:

È interessante notare che è possibile ottenere altri 3-5 gradi semplicemente applicando più saldatura attorno alla piastra metallica del componente (terminale di drenaggio). Di solito, quando si installano i componenti, non si preoccupano del trasferimento di calore attraverso le superfici di contatto, e questo è un errore. È intorno alla parte in cui la resistenza alle perdite è maggiore e l'applicazione della saldatura può davvero aiutare.

Misurazione della qualità del trasferimento di calore attraverso un circuito stampato.

Finora il gradiente di temperatura veniva misurato solo in un caso, senza l'intervento di un ventilatore. Ma con il raffreddamento artificiale, l'efficienza del circuito stampato dovrebbe diminuire a causa della resistenza delle perdite di trasferimento di calore lungo il circuito. Ripetiamo il test, ma aggiungiamo il funzionamento della ventola con prestazioni molto basse e normali (3,5 e 7 volt). Cambiamo il transistor in D2PAK per simulare un gruppo di piccoli transistor.

"Vnt." – temperatura del cristallo, il resto è stato rilevato dal lato posteriore del circuito stampato, punto “0” sotto il centro della piastra metallica del transistor ( D2PAK, 5 W).

Fan	Vnt.	0	2.5	5	7.5	10	12.5	15	17.5	20	22.5	25	27.5	30
0	66.2	38.7	38	37.1	35.7	34.3	32	30.4	26.3	25	24.2	23.5	20.9	19.7
3,5 V	53.9	28.2	27.9	27	25.5	24.1	22.9	20	16	15	14.2	13.3	11.3	9.7
7 V	47.7	22	21.8	21.5	20.2	19.2	18.1	16	12.2	11.5	10.7	10	8.2	7.2

Ci sono lievi violazioni della monotonia nei dati, causate dall'eterogeneità scheda a circuito stampato.

La lunghezza effettiva del radiatore dipende dalla velocità di soffiaggio; se si procede dal limite di una riduzione del cinquanta per cento, allora la lunghezza utile sarà:

• Senza soffiare – 30 mm.
• Bassa velocità di soffiaggio (ventola da 3,5 V) – 22,5 mm.
• Alta velocità di soffiaggio (ventola da 7 V) – 20 mm.

Tieni presente che le misurazioni sono state prese dal centro alla periferia, quindi la lunghezza totale è due volte più grande.

Orientamento spaziale e colore del circuito stampato.

Il circuito stampato funge da radiatore e ha un relativo successo. Ma per il radiatore sono importanti l'orientamento nello spazio e il colore del rivestimento. Il trasferimento di calore può essere effettuato riscaldando l'aria circostante o attraverso l'irraggiamento. Se il radiatore è di colore scuro, l'efficienza del trasferimento di calore per irraggiamento aumenta, promettendo un miglioramento della resa fino a x1,7 volte. Forse dovremmo dipingere le assi di nero?

La configurazione del test è semplice: un circuito stampato multistrato 25x40 mm (10 cm 2 x 2 lati), un transistor in un pacchetto DPAK è saldato al centro. La potenza è la stessa di altri test con questo transistor, 2,5 W.

I dati ottenuti sono riassunti nella tabella:

L'irregolarità della temperatura all'interno del lato della tavola non supera i quattro gradi.

Inizialmente il circuito stampato aveva una maschera protettiva nera. Per ottenere un colore chiaro la maschera è stata rimossa da entrambi i lati. La teoria dice che ciò avrebbe dovuto comportare un deterioramento dell'efficienza di un fattore 1,7, poiché il trasferimento di calore per irraggiamento è diminuito molte volte. In realtà, il peggioramento delle prestazioni è stato solo del 25%. La teoria è che un dissipatore piatto funziona meglio in posizione verticale. Senza maschera è solo il 18%, ma con la maschera è appena percettibile. Sembra che la maschera sia troppo spessa e interferisca con il trasferimento di calore.

La temperatura media della scheda è di 50 gradi (la temperatura del retro non è interessante), la potenza è di 2,5 W, da qui puoi calcolare la resistenza termica di un tale "radiatore" - 20 gradi per watt con un'area di 10 cm2. Oppure, a 200 cm 2 la resistenza termica è di 1 grado per watt.

Non c’è niente di particolarmente insolito; sicuramente non vale la pena ridipingere appositamente la tavola di nero. Ma questo spiega l'amore dei produttori per le tavole scure.

Resistenza termica.

La misurazione della resistenza termica richiederà molte apparecchiature e materiali calibrati, il che è piuttosto problematico, quindi misuriamo semplicemente la caduta di temperatura sul materiale di prova. Come generatore di calore, prenderemo un transistor in un pacchetto DPAK con una potenza di 2,5 W. La sua superficie attiva di dissipazione del calore è di circa 5x5 mm.

La perdita di calore è stata misurata come differenza di temperatura tra i punti "A" e "B".

I punti di controllo non sono stati scelti molto bene, ma questo metodo è stato utilizzato per misurare le caratteristiche di tutti i materiali. Vengono prese in considerazione le perdite termiche nelle due transizioni del mezzo e della pasta termica.

Caratteristiche delle misurazioni:

• Quando si misuravano le perdite nelle schede, l'elemento riscaldante veniva saldato su di esse e il retro veniva privato di ossidi e rivestimenti in rame puro.
• Nei pacchetti BGA e TSOP, è stato scelto un posto senza cristallo semiconduttore, sul bordo.
• Un piccolo frammento del design dell'unità di sistema è stato utilizzato come "piastra di ferro".
• I cuscinetti termici sono stati rimossi dall'attrezzatura, quindi le caratteristiche esatte non sono note. Il rosso deriva dall'alimentatore di marca, il grigio dal solito "noname" cinese.

Risultati:

Materiale	Spessore mm	Temperatura, gradi	Ridotto a 1 mm, gradi
PCB multistrato	1.5	10.3	6.9
PCB a doppia faccia	1.5	69.4	46.3
Pacchetto chip BGA	0.76	18.8	24.7
Pacchetto chip TSOP	0.98	31.7	32.3
Piastra di ferro	0.6	4.2	7
Cuscinetto termico (rosso)	0.3	11.7	37.3
Cuscinetto termico (grigio)	0.37	16.9	45.7
Guarnizione ceramica (bianca)	0.64	4.9	7.6

La differenza di temperatura tra una tavola multistrato e una tavola normale è semplicemente incredibile. È chiaro che FR4 conduce male il calore, ma perché sottili strati di rame siano così efficaci...

La conduttività termica del case in sé non è molto buona, il che è abbastanza prevedibile.

Anche i numeri relativi ai cuscinetti termici non sono molto attraenti, ma è quello che è. Sullo sfondo, la ceramica sembra semplicemente magnifica, ma non può essere utilizzata nella tecnologia informatica: semplicemente non ce n'è bisogno. Lo scopo dei cuscinetti termici è selezionare diverse altezze dei componenti e la ceramica è dura e non aiuta in questa materia. È difficile dire che tipo di ceramica fosse nel mio caso. A giudicare dal colore e dalla resistenza termica, è ceramica al berillio.

Come utilizzare i dati della tabella? Sì, è molto semplice: la resistenza termica del ferro è nota, i numeri rimanenti vengono ricalcolati proporzionalmente.

Uso pratico

Per cominciare, puoi utilizzare la metodologia per il calcolo di un radiatore basata sul materiale pubblicato sul sito electrosad.ru (pdf, 186 Kb). Oppure puoi ricordare la regola: "non caricare e non caricherai". Ci sono radiatori di fabbrica specifiche, ma con quelli fatti in casa... puoi usare calcoli semplificati, perché i calcoli esatti non hanno senso, ci sono troppi parametri imprevedibili. Conosci la resistenza termica del case o del circuito stampato della tua particolare scheda madre? Ma la conduttività termica della scheda dipende, tra le altre cose, dalla disposizione dei suoi strati interni. Allo stesso tempo, sarebbe bene tenere presente che a volte non tutto va bene con l'organizzazione del flusso d'aria.

Quindi, un calcolo semplificato. Se hai bisogno di maggiore precisione, utilizza il collegamento sopra alla metodologia, ma per altre domande, ahimè, solo ricerca indipendente e lettura della documentazione sui componenti. Sfortunatamente, le raccomandazioni “generali” sono troppo semplificate, a volte in modo esagerato.

Punto 1 – potenza termica.

Per quanto riguarda i convertitori di potenza del processore, tutto è abbastanza semplice, la loro efficienza oscilla intorno all'80%. Allo stesso tempo, va subito tenuto presente che sono progettati per un certo consumo energetico e quando questa cifra viene superata (o proporzionalmente) l'efficienza della conversione energetica inizia a diminuire. In parole povere, vale la pena considerare un'efficienza dell'82% per un carico basso e del 76% del valore normale per un carico elevato. Le perdite di potenza saranno rispettivamente del 22 e del 32% della potenza in uscita. I calcoli per basse potenze sono più difficili da effettuare, anche con forti semplificazioni, perché le perdite nei componenti del convertitore sono proporzionali al quadrato della corrente di uscita.

Ad esempio, una scheda madre con TDP nominale di 120 W ha un processore da 70 W. In questo caso il carico non viene aumentato, è prevista un'efficienza stimata dell'82%. In questo caso dalla fonte di alimentazione vengono consumati 70*100/82 = 85,4 W. Di questa cifra, 70 W vanno al processore e 85,4-70 = 15,4 W vengono dissipati sugli elementi del convertitore.

Lo stesso caso, ma l'utilizzo di un processore più potente (in termini di consumo) con overclock darà un quadro leggermente diverso. Se consuma 140 W (i numeri sono arbitrari), si prevede che l'efficienza del convertitore diminuirà al 76%. Le perdite ammonteranno a numeri completamente diversi: 140 * 100/76 = 184,2 W dalla fonte di alimentazione, o 184,2-140 = 44,2 W per gli elementi convertitori.

Vorrei subito notare che non tutte queste perdite sono causate dai transistor. Qualcosa, e parecchio, viene dissipato sugli induttori, sulle tracce e, poco, sui condensatori. Come dividere la cifra risultante in transistor e tutti gli altri? Tutto dipende molto dai componenti utilizzati. Diciamo che due terzi del calore vengono dissipati dai transistor. Basta non chiedere da dove viene la cifra. E il soffitto deve essere imbiancato.

Dobbiamo quindi considerare due opzioni: 15,4x2/3 = 10 W e 44,2*2/3 = 29 W.

Punto 2 – superficie attiva del circuito stampato.

Prendiamo un po' di scheda madre e vediamo come va a finire.

Questa scheda utilizza componenti in package LFPAK per trasferire in modo efficiente il calore al PCB. Ottimo, i calcoli possono essere fatti senza complicazioni. Se i componenti fossero incapaci di dissipare il calore nella scheda, calcolare l'efficienza di dissipazione del calore sarebbe estremamente difficile e sarebbe più semplice passare direttamente alla selezione di un dissipatore di calore discreto, ignorando le proprietà di dissipazione del calore della scheda.

Per prima cosa rimuoviamo quelle aree che non possono rimuovere il calore dal convertitore.

Non resta che misurare la superficie rimanente. Se non si tiene conto dell'area del bordo inferiore sinistro con la scritta "BIOSTAR", si ottengono due rettangoli: quello superiore 55x120 mm e quello destro 45x85 mm.

In precedenza, veniva considerata l'efficienza della rimozione del calore da parte di un circuito stampato. Dai risultati ottenuti è risultato che una larghezza superiore a 60 mm non era efficace (quindi il lato sinistro della tavola è stato ignorato). Nel mio caso, la larghezza è di 55 e 45 mm, il che soddisfa la condizione senza restrizioni. Il risultato è una superficie di 55x120 + 45x85 = 104 cm 2.

C'è una sfumatura che rovina impressione generale. Il fatto è che sulla scheda oltre al convertitore ci sono altri componenti che riscaldano anche il circuito stampato. Per motivi di chiarezza è opportuno notare che questi componenti agiscono come piccoli radiatori e dissipano anche il calore. In questa immagine c'è un connettore del processore e anche lui (più precisamente, il processore) si sta riscaldando. Ma non molto, la protezione termica del processore è impostata ad una temperatura di circa 60 gradi sul coperchio superiore. Per quanto riguarda il fondo del processore, è inferiore alla temperatura del coperchio. Inoltre, tra il fondo del processore e il circuito stampato è presente uno strato di contatti che non trasferiscono molto bene il calore. Pertanto, il riscaldamento termico del processore può essere ignorato.

Punto 3 – area e potenza per transistor.

Il convertitore ha dieci fasi, ciascuna con tre transistor. È chiaro che le perdite di calore non sono distribuite uniformemente su tutti i componenti, ma i calcoli sono approssimativi.

Un transistor rappresenta 104/(10*3) = 3,5 cm 2 dell'area del circuito stampato. Energia:
La prima opzione è 10/(10*3) = 0,33 W.
La seconda opzione è 29/(10*3) = 0,97 W.

Scusate, una piccola precisazione sulla metodologia. In precedenza, gli studi venivano considerati utilizzando sezioni abbastanza grandi di un circuito stampato, che sono molte volte più grandi della cifra di 3,5 cm 2 ottenuta in questo calcolo. Questo significa che lo studio precedente era sbagliato? Niente affatto, osservando più attentamente la foto, i transistor sono assemblati in gruppo ed il calore viene dissipato da una sezione piuttosto lunga della scheda (45 e 55 mm).

Punto 4 – calcolo del radiatore.

Se vengono forniti la potenza e il surriscaldamento è possibile calcolare la superficie richiesta. Per fare ciò, è necessario decidere quanto verrà assegnato per il surriscaldamento. IN unità di sistema La temperatura abituale è di 35 gradi; sopra i 50 gradi il componente viene percepito come caldo. Si scopre che rimangono 50-35 = 15 gradi per il surriscaldamento.

Tieni presente che queste considerazioni influiscono sulla temperatura del radiatore (circuito stampato), la temperatura del cristallo sarà leggermente più alta.

Per cominciare, proviamo a fare a meno del flusso d'aria forzato.

La superficie del tabellone (o meglio, un lato) è già stata calcolata. Successivamente, questa cifra deve essere moltiplicata per 1,5, perché il tabellone ha due lati. Perché non raddoppiarlo? Ci sono due punti qui:

• Innanzitutto, lo svantaggio scheda madre Non dissipa il calore in modo molto efficace.
• In secondo luogo, il circuito stampato stesso non è realizzato in rame puro e non funziona in modo altrettanto efficiente a causa delle perdite.

Dopo aver calcolato la superficie effettiva (ridotta a una piastra ideale), ad essa può essere applicata una formula di calcolo semplificata: una superficie di 300 cm 2 viene riscaldata di un grado quando viene fornita una potenza di un watt. Ma puoi cavartela con una soluzione ancora più semplice: in precedenza è stato misurato che per un circuito stampato scuro (naturalmente multistrato), il coefficiente di 1 grado per watt cade su (un lato di) una superficie di 200 cm 2.

Nel caso peggiore, 0,97 W, l'area del radiatore richiesta sarà 0,97 * 200/15 = 13 cm 2.

Bene, è ora di versare una lacrima. Se sulla scheda fossero presenti 13 cm 2 per il transistor, non sarebbe stato necessario pensare ad alcun radiatore. E quindi... solo 3,5 cm 2.

Se prendiamo meno potenza (la prima opzione richiedeva solo 0,33 W), l'area del radiatore richiesta sarà 0,33 * 200/15 = 4,4 cm 2.

Uhm. Se non si utilizza un radiatore aggiuntivo, la prima opzione è abbastanza praticabile, solo il surriscaldamento sarà di 19 gradi anziché 15. Non fatale, la temperatura del transistor stesso sarà di 54 gradi. Per quanto riguarda il secondo caso, l'assenza di un radiatore ti dirà molto duramente: surriscaldamento 56 gradi o temperatura 91 gradi.

È chiaro il motivo per cui il produttore di questa scheda madre ha installato un dissipatore di calore sui transistor. In prima approssimazione, per il normale funzionamento del convertitore è necessario un radiatore di 13 cm 2 * 30 = 390 cm 2, abbastanza grande taglia. Proverò a dare per scontato che il radiatore installato dal produttore abbia una superficie effettiva molto inferiore a quella richiesta, il che significa che sarà necessario un flusso d'aria aggiuntivo.

conclusioni

La guerra non ha senso, l'importante sono le manovre!

Conclusioni, secondo tentativo.

Mmm…. Le conclusioni non sono affatto scritte, forse?

Quasi tutti i case hanno una parte superiore in plastica (ceramica), che rende difficile la dissipazione del calore attraverso di essa. Puoi installare un radiatore e/o soffiarlo con un potente flusso d'aria, ma l'effetto rimarrà comunque mediocre. Bene, non sono destinati a questo, cosa puoi fare? Inoltre, la questione non è facilitata dal fatto che il cristallo si trova piuttosto in profondità sotto la superficie.

Se la custodia utilizza una connessione di conduttori del tipo discusso nella sezione TSOP, il materiale della custodia dovrebbe essere più alto dello spessore dei conduttori e un piccolo margine sopra di essi per l'isolamento elettrico. Se i conduttori sono incassati in profondità nella custodia e si trovano attorno al cristallo (vedere l'immagine nella sezione QFN), è comunque necessario un margine notevole sopra il cristallo, poiché i fili che collegano il cristallo ai conduttori si innalzano leggermente sopra il wafer del semiconduttore . Questo è il motivo per cui non ho testato separatamente un assieme così comune come drMOS: non ha senso. Questo è lo stesso “TSOP”, basato sul metodo di collegamento dei cavi di alimentazione (e quindi sullo spessore del coperchio superiore sopra il cristallo); e QFN, mediante il metodo di rimozione del calore nel circuito stampato.

E per l'evacuazione del calore attraverso la piastra sul fondo. Un case normale, senza inserti, è leggermente rialzato rispetto al pannello e trasferisce molto male il calore attraverso il fondo. Lo spazio non viene lasciato a causa di danni particolari, è necessario dal punto di vista tecnologico - potrebbero esserci difetti locali sul circuito stampato (maschera protettiva, marcature, rilievo della scheda multistrato) e vi è una variazione dei parametri durante lo stampaggio dei conduttori e produzione della custodia.

Il compito principale del pacchetto SMD è garantire che i pin, tutti i pin, si adattino saldamente alle piazzole del circuito stampato. È qui che appare il divario tra il case e la scheda. È piccolo, ma le sue proprietà di isolamento termico sono “buone”. Se il componente genera molto calore, è possibile utilizzare una versione modificata dell'alloggiamento, con una piastra metallica sul fondo. In questo caso, il cristallo semiconduttore è montato su questa piastra, altrimenti non ha senso recintare il giardino. La soluzione è buona, ma perché non è diffusa? Se dimentichiamo il costo leggermente aumentato della custodia e dell'imballaggio del cristallo, rimane un problema molto serio: il fondo "metallico" interferisce con il percorso della scheda.

Non puoi semplicemente mettere una custodia del genere su una tavola; una maschera protettiva non può garantire l'assenza di cortocircuito. Anche se giri le braccia dei tecnici e lo installi, va comunque male: nell'elettronica moderna, tutti i circuiti sono linee e hanno un'impedenza molto specifica. E poiché il metallo del fondo si trova direttamente sopra i conduttori, l'impedenza verrà modificata e non corrisponderà a quella calcolata. Se l'impedenza del circuito cambia lungo la sua lunghezza, si verificano riflessioni locali parziali e la forma del segnale risulta distorta.

Pertanto, se viene utilizzato un case con fondo metallico, l'area corrispondente della scheda deve essere isolata dal percorso. Di solito, se c'è del metallo sul fondo, ne occupa una parte significativa, il che inevitabilmente influisce sulla qualità del percorso del circuito: semplicemente meno spazio. Pertanto, sebbene gli inserti stessi siano utili, non vengono installati per ragioni oggettive. Tuttavia, vale la pena notare che nei microcircuiti i cristalli semiconduttori sono spesso installati sulle piastre di distribuzione del calore; semplicemente non sono visibili, essendo isolati nell'alloggiamento. Allo stesso tempo, la dissipazione del calore migliora e l'esterno del case sembra tradizionale.

A proposito, una volta ho guardato i chip SDRAM nel pacchetto TSOP: utilizzavano un enorme cristallo semiconduttore, che copriva l'intero spazio del case. In questo caso il cristallo è stato montato su una sottile lastra di rame. I chip di memoria sono estremamente sensibili al riscaldamento locale, quindi l'introduzione di una piastra è molto giustificata.

Secondo i risultati della misurazione, alcuni conclusioni generali, è ora di raccoglierli in un unico posto.

I tipi di case influiscono sul meccanismo di raffreddamento. Se l'imballaggio non prevede la dissipazione del calore nella scheda (TSOP, SOIC e simili), non si dovrebbe contare su un'efficace dissipazione del calore tramite il circuito stampato. Nel caso di un case con superficie sviluppata, puoi fare affidamento sul flusso d'aria. Altrimenti, dovrai installare un radiatore aggiuntivo.

I cuscinetti termici sono malvagi, la loro essenza dannosa si riflette chiaramente nelle misurazioni. In molti casi, l'introduzione di questo elemento porta a un risultato peggiore che senza radiatore. Purtroppo, quando si utilizza un radiatore di gruppo comune a diversi case, non si può fare a meno di questo male - almeno un po', ma i case differiscono nello spessore e il pad termico è progettato per compensare la differenza. Alcuni casi richiedono semplicemente l'uso di cuscinetti termici, perché hanno una parte superiore in metallo che ha un contatto elettrico con il circuito.

I radiatori locali sono migliori dei radiatori di gruppo, perché non richiedono l'uso di un cuscinetto termico, ma le dimensioni e la forma di tale radiatore devono essere appropriate: grande volume (più precisamente, superficie), aghi o alette rari e alti. La dimensione abituale dei componenti è 5x5 ... 10x10 mm, il che rende difficile la scelta di un radiatore decente. Guarda i risultati del test, i radiatori da 10 cm 2 ... 20 cm 2 non possono avere un effetto significativo senza un flusso d'aria forzato e queste sono già strutture molto grandi.

Se un componente si surriscalda, l'utilizzo del flusso d'aria è più efficace dell'installazione di un radiatore. Il motivo è banale: elevata resistenza termica grazie al coperchio superiore. I case semplicemente non sono progettati per dissipare il calore attraverso la parte superiore. Per ora non parleremo del packaging DirectFET, poiché non è molto comune. È un peccato.

10.1. Scopo dei radiatori- rimuovere il calore da dispositivi a semiconduttore, che consente di ridurre la temperatura delle giunzioni p-n e quindi di ridurre la sua influenza sui parametri operativi dei dispositivi. Vengono utilizzati radiatori a piastre, alettati e a perni. Per migliorare la dissipazione del calore è preferibile collegare un dispositivo a semiconduttore direttamente al radiatore. Se è necessario l'isolamento elettrico del dispositivo dal telaio, il radiatore viene fissato al telaio tramite isolante guarnizioni. La capacità di emissione di calore di un radiatore dipende dal grado di nero del materiale (o della sua superficie) di cui è composto il radiatore:

Maggiore è il grado di nero, più efficiente sarà la dissipazione del calore.

10.2. Radiatore a perni-dissipatore di calore molto efficace per dispositivi a semiconduttore. Per realizzarlo, è necessario un foglio di duralluminio con uno spessore di 4-6 mm e un filo di alluminio con un diametro di 3-5 mm.
Sulla superficie della piastra del radiatore prelavorata, le posizioni dei fori per i pin, i terminali del transistor (o diodo) e le viti di montaggio sono contrassegnate da un punzone centrale. La distanza tra i centri dei fori (passo) per i perni in fila e tra le file deve essere pari a 2-2,5 volte il diametro del filo di alluminio utilizzato. Il diametro dei fori viene scelto in modo tale che il filo vi entri con il minor spazio possibile. Sul retro, i fori sono svasati ad una profondità di 1-1,5 mm.
Un mandrino è costituito da un'asta di acciaio lunga 80-100 mm e con un diametro di B-10 mm, per la quale all'estremità dell'asta viene praticato un foro con un diametro di 0,1 mm maggiore del diametro del filo. La profondità del foro dovrebbe essere uguale all'altezza dei futuri perni del radiatore.

Riso. 10.1. Crimpatrice per perni radiatore

Quindi viene tagliato il numero richiesto di perni grezzi. Per fare ciò, un pezzo di filo viene inserito nel foro del mandrino e tagliato con un tronchese in modo che la lunghezza dell'estremità che sporge dal mandrino sia 1-1,5 mm maggiore dello spessore della piastra. Il mandrino viene bloccato in una morsa con il foro rivolto verso l'alto, un perno grezzo viene inserito nel foro e una piastra viene posizionata sull'estremità sporgente del perno. fronte e rivettarlo con leggeri colpi di martello, cercando di riempire la cavità svasata. Tutti i pin sono installati in questo modo.
È anche possibile realizzare un dissipatore di calore con pin utilizzando un metodo leggermente diverso di installazione dei pin nei fori della piastra di base. Viene realizzata una crimpatura in acciaio, il cui disegno per perni con un diametro di 3 e una lunghezza fino a 45 mm è mostrato in Fig. 10.1. La parte operativa della crimpatura deve essere indurita. Il perno viene inserito nel foro alla base del radiatore, la base viene posizionata sull'incudine, sopra il perno viene posta una crimpatura e viene colpito con un martello. Intorno al perno viene formata una scanalatura anulare e il perno stesso è saldamente inserito nel foro.
Se è necessario realizzare un radiatore a doppia faccia, saranno necessarie due di queste aggraffature: in una di esse viene inserito un perno, installato sull'incudine con il foro rivolto verso l'alto, la base del radiatore è filettata e la seconda la crimpatura viene messa sopra. Colpendo la crimpatura superiore con un martello, il perno viene fissato su entrambi i lati contemporaneamente. Questo metodo può essere utilizzato per produrre radiatori sia in leghe di alluminio che in leghe di rame. Infine, i perni possono essere installati mediante saldatura. Per fare ciò, utilizzare come materiale un filo di rame o ottone con un diametro di 2-4 mm. Un'estremità del perno è stagnata per una lunghezza maggiore dello spessore della piastra di 1-2 mm. Il diametro dei fori nella piastra dovrebbe essere tale che i perni stagnati si inseriscano senza troppi sforzi.
Il flusso liquido viene iniettato nei fori della base (Tabella 9.2), vengono inseriti i perni e ciascuno di essi viene saldato con un potente saldatore. Alla fine del lavoro il radiatore viene lavato con acetone.

Riso. 10.2. Dissipatore di calore per un potente transistor

10.3. Radiatore in lamiera di rameè possibile realizzare uno spessore di 1-2 mm transistor potenti tipo P210, KT903 e altri in casi simili. Per fare ciò, un cerchio con un diametro di 60 mm viene tagliato dal rame e al centro del pezzo vengono segnati dei fori per il fissaggio del transistor e dei suoi conduttori. Quindi, in direzione radiale, il cerchio viene tagliato di 20 mm con delle forbici metalliche, dividendolo in 12 parti attorno alla circonferenza. Dopo aver installato il transistor, ciascun settore viene ruotato di 90° e piegato verso l'alto.

10.4. Radiatore per transistor potenti il tipo KT903, KT908 e altri in casi simili possono essere realizzati con lamiera di alluminio spessa 2 mm (Fig. 10.2). Le dimensioni specificate del radiatore forniscono una superficie radiante sufficiente a dissipare potenza sul transistor fino a 16 W.

Riso. 10.3. Radiatore per transistor a bassa potenza: a-scan; b - vista generale

10.5. Radiatore per transistor a bassa potenza può essere realizzato in lamiera di rame rosso o ottone di spessore 0,5 mm secondo i disegni di Fig. 10.3. Dopo che sono stati eseguiti tutti i tagli, l'alesatore viene arrotolato in un tubo utilizzando un mandrino del diametro appropriato. Quindi il pezzo viene posizionato saldamente sul corpo del transistor e premuto con un anello a molla, avendo precedentemente piegato le orecchie di montaggio laterali. L'anello è realizzato in filo di acciaio con un diametro di 0,5-1 mm. Invece di un anello, puoi usare una benda di filo di rame. Quindi le orecchie laterali vengono piegate verso il basso, le "piume" tagliate del pezzo vengono piegate verso l'esterno all'angolazione desiderata e il radiatore è pronto.

10.6. Radiatore per transistor della serie KT315, KT361 può essere realizzato da una striscia di rame, alluminio o stagno larga 2-3 mm rispetto alla larghezza dell'alloggiamento del transistor (Fig. 10.4). Il transistor è incollato al radiatore con resina epossidica o altra colla con buona conduttività termica. Per un migliore contatto termico tra l'alloggiamento del transistor e il radiatore, è necessario rimuovere il rivestimento di vernice dall'alloggiamento nei punti di contatto e installarlo nel radiatore incollandolo con il minimo spazio possibile. Installa il transistor con il radiatore sulla scheda, come al solito, con i bordi inferiori del radiatore che toccano la scheda. Se la larghezza della striscia è di 7 mm e l'altezza del radiatore (in lamiera stagnata di 0,35 mm di spessore) è di 22 mm, quindi con una potenza di dissipazione di 500 mW, la temperatura del radiatore nel punto in cui si trova il transistor è incollato non superi i 55°C.

10,7. Radiatore in metallo “fragile”, ad esempio, da un foglio di duralluminio, realizzato sotto forma di una serie di piastre (Fig. 10.5). Nella realizzazione di guarnizioni e piastre per radiatori è necessario assicurarsi che non siano presenti bave sui bordi dei fori e sugli spigoli delle piastre. Le superfici di contatto delle guarnizioni e delle piastre vengono accuratamente levigate con carta vetrata a grana fine, posizionandola su un vetro piano. Se non è necessario isolare l'alloggiamento del transistor dal corpo del dispositivo, il radiatore può essere montato sulla parete del corpo del dispositivo o sulla partizione interna senza guarnizioni isolanti, garantendo un trasferimento di calore più efficiente.

10.8. Montaggio diodi tipo D226 su un radiatore o su una piastra del dissipatore di calore. I diodi sono fissati mediante una flangia. Il terminale del catodo viene staccato alla base e il fondo viene accuratamente pulito con carta vetrata a grana fine fino ad ottenere una superficie pulita e piana. Se è necessario lasciare il terminale del catodo, praticare un foro nel radiatore per il terminale, rimuovere la vernice dal fondo con acetone e limare con cura il lato (bordo) del diodo a filo con il fondo per un migliore contatto termico del il diodo con il radiatore.

10.9. Contatto termico migliorato tra il transistor e il radiatore garantirà più potenza diffusione dei transistor.
A volte, soprattutto quando si utilizzano radiatori fusi, rimuovere cavità e altre imperfezioni superficiali nel punto di contatto termico (per migliorarlo) può essere difficile, e talvolta impossibile. In questo caso, una guarnizione di piombo aiuterà. La piastra di piombo viene accuratamente arrotolata o appiattita tra due barre piatte lisce fino ad uno spessore di circa 10,5 mm e il distanziatore viene tagliato nella dimensione e nella forma richieste. Entrambi i lati vengono puliti con carta vetrata a grana fine, installati sotto il transistor e il gruppo è strettamente compresso con viti. La guarnizione non deve essere più spessa di 1 mm poiché la conduttività termica del piombo è bassa.

10.10. Annerimento dei radiatori in alluminio. Per aumentare l'efficienza del trasferimento di calore del radiatore, la sua superficie è solitamente resa opaca e scura. Modo conveniente annerimento - trattamento del radiatore in una soluzione acquosa di cloruro ferrico.
Per preparare la soluzione è necessario un volume uguale di polvere di cloruro ferrico e acqua. Il radiatore viene pulito da polvere e sporco, accuratamente sgrassato con benzina o acetone e immerso nella soluzione. Mantenere nella soluzione per 5-10 minuti. Il colore del radiatore è grigio scuro. La lavorazione deve essere effettuata in un'area ben ventilata o all'aperto.

LO SAPEVATE?

10.11. Il regime termico dei transistor a bassa potenza può essere alleviato posizionando un toro ("volante") sul corpo metallico del transistor - una spirale attorcigliata da filo di rame, ottone o bronzo con un diametro di 0,5-1,0 mm.
10.12. Un buon radiatore può essere la custodia metallica del dispositivo o le sue partizioni interne.
10.13. L'uniformità del cuscinetto di contatto del radiatore viene controllata lubrificando la base del transistor con un po' di vernice e applicandola sulla superficie del cuscinetto di contatto. Aree di contatto sporgenti. I cuscinetti del radiatore saranno colorati.
10.14. Per garantire un buon contatto termico, la superficie del transistor adiacente al dissipatore di calore può essere lubrificata con un lubrificante non essiccante, come il silicone. Ciò ridurrà la resistenza termica del contatto da una volta e mezza a due volte.
10.15. Per migliorare le condizioni di raffreddamento, il radiatore deve essere posizionato in modo da non interferire con i flussi d'aria di convezione: le alette del radiatore sono verticali, e il lato su cui si trova il transistor deve essere laterale, e non sotto o sopra.

01.10.2009, 20:37

2021

01.10.2009, 20:54

Sto assemblando un raddrizzatore con un ponte a diodi da diodi in un alloggiamento di questo tipo. È possibile avvitare tutti e quattro i diodi su un radiatore o è necessario isolarli?
2021
In generale, è necessario...

01.10.2009, 21:00

01.10.2009, 21:10

Se la flangia è isolata, è possibile.
E, a giudicare dalla foto della scheda tecnica, sembra che non sia isolato...
Ma questo è facile da verificare.
Quindi non sono possibili tutti e 4. È possibile combinarne due senza guarnizione, i cui catodi sono collegati, se aggiuntivi. collegamento del radiatore al “+” del raddrizzatore.

01.10.2009, 21:16

01.10.2009, 21:17

Forse devo mettere delle guarnizioni in mica lì?
Oppure anello ciascuna gamba per il contatto con il substrato. Se le gambe non sono in contatto, è possibile senza isolamento?
Non farà male comunque chiamare ;).

01.10.2009, 21:19

02.10.2009, 12:16

E quindi guarnizioni + boccole dielettriche, in generale, come al solito.
E questa pasta termoconduttrice è desiderabile.
No, le boccole appartengono al passato. Accoppiali fianco a fianco e usa una vite per stringerli entrambi contemporaneamente con una barra piatta. Dovrai isolarti.

02.10.2009, 12:57

No, le boccole appartengono al passato. Accoppiali fianco a fianco e usa una vite per stringerli entrambi contemporaneamente con una barra piatta. Dovrai isolarti.
A quanto ho capito, la barra (se possibile, mostra una foto) dovrebbe toccare l'alloggiamento in plastica del diodo/transistor? Ciò garantirà una pressione uniforme sulle superfici del dispositivo e del radiatore, nonché l'affidabilità in condizioni di maggiore vibrazione?

02.10.2009, 17:03

02.10.2009, 17:24

A quanto ho capito, la barra (se possibile, mostra una foto) dovrebbe toccare l'alloggiamento in plastica del diodo/transistor? Ciò garantirà una pressione uniforme sulle superfici del dispositivo e del radiatore, nonché l'affidabilità in condizioni di maggiore vibrazione?
Hai capito bene. Purtroppo non posso mostrarvi una foto. La tavola non è completamente piana, ma tagliata come la lettera “C” (per aumentarne la resistenza alla flessione). Il morsetto sarà migliore rispetto a quando si fissa utilizzando il metodo standard. Se utilizzi le guarnizioni Nomacon, anche durante la vibrazione il diodo relativo al radiatore non si sposterà da nessuna parte. Ma la barra di bloccaggio rispetto al corpo del diodo è possibile, ma una goccia di vernice lo salverà. Bene, o la seconda vite.

02.10.2009, 17:28

Anche se il substrato è isolato, non posizionerei tali custodie su un comune dissipatore di calore, soprattutto quando la differenza di tensione è di centinaia di volt, tra l'altro, questo è spesso specificato nella documentazione..

02.10.2009, 17:32

Link alla "documentazione" per lo studio! Semplicemente non ho visto diodi o transistor con un substrato metallico isolato (!) nel contenitore TO-220. Forse è rimasto indietro nella vita?
Ci sono quelli che hanno l'intero corpo isolato.

02.10.2009, 17:44

Anche se il substrato è isolato, non posizionerei tali custodie su un comune dissipatore di calore, soprattutto quando la differenza di tensione è di centinaia di volt, tra l'altro, questo è spesso specificato nella documentazione..
Ciò può essere vero in termini di ulteriore affidabilità operativa, ma non sempre. Ad esempio, i moduli fotoaccoppiatori di potenza della serie MTOTO avevano una base metallica isolata. Ed era del tutto accettabile metterli su un radiatore comune, in linea di principio per questo motivo erano isolati. E la tensione (effettiva) è di ~380V.

02.10.2009, 23:43

Ci sono quelli che hanno l'intero corpo isolato.
A mio parere, non esiste alcun TO-220 con un substrato isolato. Ho visto solo moduli SIFU ibridi con tre terminali e flangia metallica isolata.
Recentemente ho visto un tiristore in una confezione che aveva varietà con le lettere A e B all'estremità, quindi in un caso il substrato è isolato dall'anodo e nel secondo no..