​Jednym z istotniejszych wyzwań stawianych przed współczesnymi układami i urządzeniami elektronicznymi jest efektywne odprowadzanie nadmiaru ciepła generowanego podczas pracy tych urządzeń. Ze względu na postępującą miniaturyzację układów scalonych oraz coraz ich coraz większą efektywność skuteczne chłodzenie układów scalonych staje się coraz trudniejsze i coraz bardziej wymagające.

Niezależnie od rodzaju komponentów elektronicznych wchodzących w skład układów i systemów oraz bez względu na to, czy w układach zaimplementowane są procesory, tranzystory mocy, silniki czy układy FPGA bądź mikrokontrolery, nadmiar nieodprowadzonego ciepła może doprowadzić do przegrzania systemu, pogorszenia się istotnych parametrów jego pracy, a także w skrajnym przypadku powodować mechaniczne uszkodzenia.

Czym jest ciepło i w jaki sposób realizowany jest transport ciepła?

Zgodnie z definicją termodynamiczną ciepło jest energią przenoszoną z lub do układu termodynamicznego w procesie działania mechanizmów innych niż transport materii bądź praca. Mechanizmy przenoszenia ciepła działają poprzez promieniowanie, tarcie lub kontakt dwóch ciał.

Ciepło jest przekazywane zawsze, gdy tylko istnieje możliwość jego przekazania pomiędzy dwoma systemami o odmiennych temperaturach. Transport ciepła odbywa się zgodnie z zasadą wyrównania temperatury w obydwu systemach, a samo ciepło jest przeprowadzane z systemu zimniejszego do cieplejszego. Należy zwrócić uwagę na fakt, że ciepło jest procesem dynamicznym zmiennym w czasie.

Parametr rezystancji cieplnej

W kontekście ciepła wytwarzanego i transportowanego w układach elektronicznych istotnym parametrem jest temperatura układu w zależności od ilości mocy odprowadzanej z układu. Stosunek mocy i ciepła determinowany jest przez rezystancję cieplną. Rezystancja cieplna jest jednym z parametrów podawanych w kartach produktowych układów scalonych oraz elementów półprzewodnikowych.

Dzięki parametrowi, jakim jest rezystancja cieplna, możliwe jest sprawne wyznaczanie różnicy temperatur między dwoma ciałami, między którymi ciepło przekazywane jest ścieżką opatrzoną tą rezystancją cieplną.

Rezystancja cieplna zwykle podawana jest jako rezystancja cieplna ścieżek między złączami i otoczeniem, między złączami i przepływającym powietrzem, złączami i obudową oraz złączami i płytką.

Chłodzenie urządzeń elektronicznych

Układy elektroniczne mogą być chłodzone na wiele różnych sposobów. Technologię chłodzenia dobiera się w zależności od specyfiki układu, ilości dostępnego miejsca montażowego oraz od ilości ciepła generowanego przez układ.

Jedną z powszechniej stosowanych technologii chłodzenia układów elektronicznych są radiatory. Radiator znacząco poprawia i zwiększa efektywność transferu ciepła poza układ elektroniczny. Jest to element, który skutecznie rozprasza ciepło do otaczającego go medium – najczęściej powietrza lub wody. Radiatory charakteryzują się świetną przewodnością cieplną, dzięki czemu pozwalają na tak skuteczny transport ciepła.

Artykuł partnera