Как прикрепить радиатор к микросхеме
Обновлено: 05.07.2024
Как приклеить радиаторы на чипы? Компьютер своими руками.
Не будем задаваться вопросом «зачем это?» - и так понятно. Многие производители, заложив в свою IT-продукцию широкие возможности, в том числе разгонные экономят на мелочах – на охлаждении…
Не будем разбирать такой вопрос: купил в магазине, согласно инструкции установил… И так понятно, слава богу!
Рассмотрим самый распространенный вариант: есть «железо» и на нем кой-чего греется.
На материнских платах греются: системная логика (чипсет) – северный и южный мост; элементы цепей питания процессора и оперативной памяти - MOSFET. На видеокартах это чипы видеопамяти и также питание – МОСФЕТы.
Ищем и ещё раз ищем алюминиевые, а если повезет медные радиаторы!
Ладно, найдем. Примеряем. Если что, лишнее обрезаем ножовкой по металлу. Если плохая подошва – основание, контактирующее с чипом – его надо обработать. Зеркальный блеск, которым некоторые восхищаются, совершенно не нужен. Нужно большее – плоскость. Сделаем всё, что можно сделать в домашних условиях. Берем лист самой мелкой наждачной бумаги «нулевки», кладет его на какую-нибудь «гарантированную» плоскость, например на стекло. Притираем основание радиатора об эту наждачку. Жмём, но не сильно, равномерно распределяя прижим. Поворачиваем и снова притираем…
Готовые радиаторы для чипов памяти или цепей питания.
Готово. Теперь остается лишь приклеить радиатор к греющемуся объекту. Это просто, когда имеется специальный термоклей, например АлСил-5, но у нас в Алма-Ате такого товара, к сожалению и удивлению нет! Вернее бывает, крайне редко, и то ерунда какая-то… Например Arctic Silver Thermal Adhesive в Пульсере, по цене более 17$. Разумеется, брать его за такую цену глупо.
Обойдемся чем-нибудь попроще…
Наносим тонкий слой термопасты на чип или группу МОСФЕТов, оставляя по краям маленькие чистые уголки. На эти уголки капаем простой клей, например, «Момент», или там китайский суперклей… Аккуратно, чтобы не сильно смешать термопасту с клеем накладываем радиатор на чип и прижимаем. Хорошо бы дать подсохнуть клею под небольшой нагрузкой.
Внимание! Клей нельзя наносить на «голый» кристалл!
Данный метод не самый лучший, примитивный, но работающий (на безрыбье)… Приматывание радиаторов нитками не дает хорошего и долговременного прижатия радиатора к чипу – нитки со временем растягиваются. Сооружать какие-либо посторонние прижимы, долго и хлопотно.
Внимание! Следует помнить, что подобная «самодеятельность» почти наверняка лишает вас гарантии на «железяку». И если следы клея «Момент» или ему подобных еще можно удалить, то от следов китайского суперклея не избавиться!
Теперь кратко о радиаторах – где их можно раздобыть?
В общем, подходящие радиаторы найти не так уж и сложно. Можно снять готовые со старых матплат, видеокарт, блоков питания, в различной электронной аппаратуре… Можно купить какой-нибудь дешевенький кулер для процессора и распилить его ножовкой… В крайнем случае, можно использовать металлический прокат – алюминиевый. Уголок, другой профиль, используемые в строительстве, мебельном производстве, те же гардины для штор… В общем, широкий простор для фантазии!
Слева - этот радиатор от "Пня" первого можно распилить; в центре - радиатор из блока питания ПК; кулер от "Пня" третьего - пилим все это.
Радиаторы из китайской электроники - слева, радиаторы советских времен - справа
Для охлаждения оперативной памяти подойдут просто алюминиевые пластины.
Внимание! Помните, что для хорошего охлаждения важны: хорошая плоскость основания радиатора, наличие термопасты и достаточно плотный прижим плоскости радиатора к плоскости чипа. Иначе можно нанести только вред, можно затруднить вообще охлаждение чипа и вызвать его необратимый перегрев.
Как прикрепить радиатор к микросхеме
-->Другие известные форумы и сайты по электронике
все что посвящено электронике и общению специалистов. реклама других ресурсов.
- Магазины
- Форумы и конференции
- Производители
- Информационные ресурсы
- Поисковики
- FTP-серверы
В помощь начинающему
вопросы начального уровня
Модераторы раздела VAI aosp SergM vetal KRS Alexandr des00 Uladzimir Rst7 iosifk ViKo Herz l1l1l1 Tanya Сергей Борщ Omen_13 fill Vasily_ Егоров Walrus- ARM, 32bit
- MCS51, AVR, PIC, STM8, 8bit
- Программирование
- Схемотехника
- Интерфейсы
International Forum
This is a special forum for English spoken people, read it first.
-->Образование в области электроники
все что касается образования, процесса обучения, студентам, преподавателям.
-->Обучающие видео-материалы и обмен опытом
Cистемный уровень проектирования
-->Вопросы системного уровня проектирования
Применение MATLAB, Simulink, CoCentric, SPW, SystemC ESL, SoC
Математика и Физика
Операционные системы
Linux, Win, DOS, QNX, uCOS, eCOS, RTEMS и другие
Документация
оформление документации и все что с ней связано
Системы CAD/CAM/CAE/PLM
обсуждение САПР AutoCAD, Компас, SolidWorks и др.
-->Разработка цифровых, аналоговых, аналого-цифровых ИС
Электробезопасность и ЭМС
Управление проектами
Управление жизненным циклом проектов, системы контроля версий и т.п.
Нейронные сети и машинное обучение (NN/ML)
Форум для обсуждения вопросов машинного обучения и нейронных сетей
Программируемая логика ПЛИС (FPGA,CPLD, PLD)
-->Среды разработки - обсуждаем САПРы
Quartus, MAX, Foundation, ISE, DXP, ActiveHDL и прочие.
возможности, удобства.
Работаем с ПЛИС, области применения, выбор
на чем сделать? почему не работает? кто подскажет?
Модераторы раздела vetal des00 -->Языки проектирования на ПЛИС (FPGA)
Verilog, VHDL, AHDL, SystemC, SystemVerilog и др.
Модераторы раздела aosp vetal des00 -->Системы на ПЛИС - System on a Programmable Chip (SoPC)
разработка встраиваемых процессоров и периферии для ПЛИС
Модераторы раздела vetal des00 Omen_13Цифровая обработка сигналов - ЦОС (DSP)
-->Сигнальные процессоры и их программирование - DSP
-->Алгоритмы ЦОС (DSP)
Микроконтроллеры (MCs)
-->Cредства разработки для МК
FAQ, How-to, тонкости работы со средствами разработки
- IAR
- Keil
- GNU/OpenSource средства разработки
- STM
- NXP
- Microchip (Atmel)
- TI, Allwinner, Nordic Semiconductor, Espressif Systems и другие
MSP430
Все остальные микроконтроллеры
и все что с ними связано
-->Отладочные платы
Вопросы, связанные с отладочными платами на базе МК: заказ, сборка, запуск
Печатные платы (PCB)
-->Разрабатываем ПП в САПР - PCB development
FAQ, вопросы проектирования в ORCAD, PCAD, Protel, Allegro, Spectra, DXP, SDD, WG и др.
Модераторы раздела SergM fill- Библиотеки компонентов
- Altium Designer, DXP, Protel
- P-CAD 200x howto
- Эремекс, Delta Design
- Cadence
- Примеры
- Zuken CADSTAR
- Mentor Xpedition Enterprise, PADS
- Бесплатные САПР: KiCAD, EasyEDA, EAGLE и др.
Работаем с трассировкой
тонкости PCB дизайна, от Spectra и далее.
Изготовление ПП - PCB manufacturing
Фирмы, занимающиеся изготовлением, качество, цены, сроки
- ПСБ Технолоджи
- ТеПро
- PS-Electro
- Резонит
- PCB Professional
- Абрис
- ОАО "НИЦЭВТ"
- ООО "М-Плата"
- в домашних условиях
Сборка РЭУ
-->Пайка и монтаж
вопросы сборки ПП, готовых изделий, а также устранения производственных дефектов
-->Корпуса
обсуждаем какие есть копруса, где делать и прочее
-->Вопросы надежности и испытаний
расчеты, методики, подбор компонентов
Аналоговая и цифровая техника, прикладная электроника
-->Вопросы аналоговой техники
разработка аналоговых схем, моделирование схем в SPICE, расчёты и анализ, выбор элементной базы
Модераторы раздела Alexandr ViKo Tanya Егоров -->Цифровые схемы, высокоскоростные ЦС
High Speed Digital Design
-->Rf & Microwave Design
wireless технологии и не только
Метрология, датчики, измерительная техника
Все что связано с измерениями: измерительные приборы (осциллографы, анализаторы спектра и пр.), датчики, обработка результатов измерений, калибровка, технологии измерений и др.
Модераторы раздела ViKo Tanya -->АВТО электроника
особенности электроники любых транспортных средств: автомашин и мотоциклов, поездов, судов и самолетов, космических кораблей и летающих тарелок.
Умный дом
-->3D печать
3D принтеры, наборы, аксессуары, ПО
-->Робототехника
Модели, классификация, решения, научные исследования, варианты применения
-->Ремонт и отладка
обсуждение вопросов ремонта и отладки различных устройств и готовых изделий
Силовая Электроника - Power Electronics
-->Силовая Преобразовательная Техника
Источники питания электронной аппаратуры, импульсные и линейные регуляторы. Топологии AC-DC, DC-DC преобразователей (Forward, Flyback, Buck, Boost, Push-Pull, SEPIC, Cuk, Full-Bridge, Half-Bridge). Драйвера ключевых элементов, динамика, алгоритмы управления, защита. Синхронное выпрямление, коррекция коэффициента мощности (PFC)
Модераторы раздела Herz Егоров -->Обратная Связь, Стабилизация, Регулирование, Компенсация
Организация обратных связей в цепях регулирования, выбор топологии, обеспечение стабильности, схемотехника, расчёт
Модераторы раздела Herz Егоров -->Первичные и Вторичные Химические Источники Питания
Li-ion, Li-pol, литиевые, Ni-MH, Ni-Cd, свинцово-кислотные аккумуляторы. Солевые, щелочные (алкалиновые), литиевые первичные элементы. Применение, зарядные устройства, методы и алгоритмы заряда, условия эксплуатации. Системы бесперебойного и резервного питания
Модераторы раздела Herz Егоров -->Высоковольтные Устройства - High-Voltage
Высоковольтные выпрямители, умножители напряжения, делители напряжения, высоковольтная развязка, изоляция, электрическая прочность. Высоковольтная наносекундная импульсная техника
Электрические машины, Электропривод и Управление
Электропривод постоянного тока, асинхронный электропривод, шаговый электропривод, сервопривод. Синхронные, асинхронные, вентильные электродвигатели, генераторы
Индукционный Нагрев - Induction Heating
Технологии, теория и практика индукционного нагрева
Системы Охлаждения, Тепловой Расчет – Cooling Systems
Охлаждение компонентов, систем, корпусов, расчёт параметров охладителей
Моделирование и Анализ Силовых Устройств – Power Supply Simulation
Моделирование силовых устройств в популярных САПР, самостоятельных симуляторах и специализированных программах. Анализ устойчивости источников питания, непрерывные модели устройств, модели компонентов
Модераторы раздела Herz Егоров -->Компоненты Силовой Электроники - Parts for Power Supply Design
Силовые полупроводниковые приборы (MOSFET, BJT, IGBT, SCR, GTO, диоды). Силовые трансформаторы, дроссели, фильтры (проектирование, экранирование, изготовление), конденсаторы, разъемы, электромеханические изделия, датчики, микросхемы для ИП. Электротехнические и изоляционные материалы.
Модераторы раздела Herz ЕгоровИнтерфейсы
-->Форумы по интерфейсам
все интерфейсы здесь
- ISDN/G.703/E1
- ISA/PCI/PCI-X/PCI Express
- Wireless/Optic
- RS232/LPT/USB/PCMCIA/FireWire
- Fast Ethernet/Gigabit Ethernet/FibreChannel
- Интерфейсы для "интеллектуального дома"
- от ТТЛ до LVDS здесь
- IDE/ATA/SATA/SAS/SCSI/CF
- Аудио/Видео интерфейсы
- Сотовая связь и ее приложения
- FAQ по XPort/WiPort
- Controller Area Network (CAN)
Поставщики компонентов для электроники
-->Поставщики всего остального
от транзисторов до проводов
-->Компоненты
Закачка тех. документации, обмен опытом, прочие вопросы.
Майнеры криптовалют и их разработка, BitCoin, LightCoin, Dash, Zcash, Эфир
-->наблюдается очень большой спрос на данные устройства.
Дополнительные разделы - Additional sections
-->Встречи и поздравления
Предложения встретиться, поздравления участников форума и обсуждение мест и поводов для встреч.
Модераторы раздела VAI aosp SergM vetal KRS Alexandr des00 Uladzimir Rst7 iosifk ViKo Herz l1l1l1 Tanya Сергей Борщ Omen_13 Vasily_ Егоров Walrus -->Ищу работу
ищу работу, выполню заказ, нужны клиенты - все это сюда
Модераторы раздела VAI aosp SergM vetal KRS Alexandr des00 Uladzimir Rst7 iosifk ViKo Herz l1l1l1 Tanya Сергей Борщ Omen_13 Vasily_ Егоров Walrus -->Предлагаю работу
нужен постоянный работник, разовое предложение, совместные проекты, кто возьмется за работу, нужно сделать.
Модераторы раздела VAI aosp SergM vetal KRS Alexandr des00 Uladzimir Rst7 iosifk ViKo Herz l1l1l1 Tanya Сергей Борщ Omen_13 Vasily_ Егоров Walrus -->Куплю
микросхему; устройство; то, что предложишь ты :)
Модераторы раздела VAI aosp SergM vetal KRS Alexandr des00 Uladzimir Rst7 iosifk ViKo Herz l1l1l1 Tanya Сергей Борщ Omen_13 Vasily_ Егоров Walrus -->Продам
есть что продать за деньги, пиво, даром ?
Реклама товаров и сайтов также здесь.
Объявления пользователей
Тренинги, семинары, анонсы и прочие события
Модераторы раздела VAI aosp SergM vetal KRS Alexandr des00 Uladzimir Rst7 iosifk ViKo Herz l1l1l1 Tanya Сергей Борщ Omen_13 Vasily_ Егоров Walrus -->Общение заказчиков и потребителей электронных разработок
Модераторы раздела VAI aosp SergM vetal KRS Alexandr des00 Uladzimir Rst7 iosifk ViKo Herz l1l1l1 Tanya Сергей Борщ Omen_13 Vasily_ Егоров WalrusСоюз пружин и жвачки - на термопасту и винты! (Замена креплений на чипсетах материнских плат.)
Описана процедура замены конструктивно ненадёжного крепления радиатора чипа на подпружиненных пластмассовых клиньях и липкой термопасте на прижимные винты с гайками и подпорки для получения фиксированных 4 точек опоры. <br/> <br/>Введение. <br/> <br/>Давно замечено, что эффективное в производстве решение по закреплению радиаторов на чипах, которым пользуются все, даже именитые сборщики материнских плат и видеокарт (ASUS, Gigabyte), страдает от соприкосновений с грубой реальностью. Другими словами, конструктивное решение ненадёжно - на чип или радиатор наносится клейкая термопаста, в народе именуемая "жвачка", и радиатор лихо защёлкивается в доли секунды умелыми руками сборщиков на клиновидные пластмассовые втулки с распирающими пружинками. (Для наглядности фото ниже.) В.
5 февраля 2009, четверг 09:03
SenseLine [ ] для раздела Блоги
Большое снижение цен на RTX 3060 - смотри
Цена пошла вниз на MSI RTX 3060 Ti с падением крипты
Начислено вознаграждение
Этот материал написан посетителем сайта, и за него начислено вознаграждение.
Описана процедура замены конструктивно ненадёжного крепления радиатора чипа на подпружиненных пластмассовых клиньях и липкой термопасте на прижимные винты с гайками и подпорки для получения фиксированных 4 точек опоры.
Введение.
Давно замечено, что эффективное в производстве решение по закреплению радиаторов на чипах, которым пользуются все, даже именитые сборщики материнских плат и видеокарт (ASUS, Gigabyte), страдает от соприкосновений с грубой реальностью. Другими словами, конструктивное решение ненадёжно - на чип или радиатор наносится клейкая термопаста, в народе именуемая "жвачка", и радиатор лихо защёлкивается в доли секунды умелыми руками сборщиков на клиновидные пластмассовые втулки с распирающими пружинками. (Для наглядности фото ниже.) Всё отлично работает, если на радиатор не нажимать и не нарушать хрупкой достигнутой клеевой гармонии.
Но действительность далека от опытности тестовых лабораторий и даже от сноровки сборочного конвейера, разбавленной строгостью выходного контроля. Далее в дело вступают крепкие ухватистые пальцы сборщиков, не всегда соблюдающие задачу сохранить идиллию. Различной степени умелости руки домашних пользователей и сисадминов, не всегда имеющие чутьё к хрупкости равновесия 3 точек опоры - чипа и 2 пружинящих втулок (как их правильно называть?), подкреплённого клеем терможвачки. Одно нажатие на край радиатора, висящего в воздухе - и в клее возникает вполне ожидаемая трещина - источник перегрева чипа в нагрузках. Потом вроде бы всё имеет шансы встать на место - лёгкие пружинки делают своё дело, прижимают радиатор к чипу, а клей немного пластичен, так что термоконтакт, в основном, сохраняется. Но если этому мешает прислонённый вентилятор, другой радиатор, провода, да мало ли что ещё есть в корпусе, случайно прижатое к радиатору чипа - то вот вам одна из причин неустойчивой работы компьютера в нагрузках и даже без них.
В общем, простой умозрительный анализ и практика показывают, что это конструктивное решение требует замены - опора радиатора должна быть на 4 точках, расставленных по углам, а люфт пружин - сведён на нет простым убиранием их. Возвращаемся к простой схеме крепления на 4 подпорках и стяжках в виде винтов и гаек. В статье описан процесс замены с иллюстрациями. Не оттого, что процесс слишком сложен - просто должно же где-то в сети быть описание того, как делать надо (не единственный, но вариант) и указание того, как не надо делать крепления радиаторов на чипах. Иначе массовое штампование быстрых и хрупких решений воспринимается как норма и приводит иногда к долгим поискам причин неисправности в системе.
История вопроса.
Первый раз такой парадокс (плохой конструктив + именитый бренд) встретился мне у какой-то видеокарты типа 7600GS у Асуса - большой пассивный радиатор и те самые 3 точки опоры (в одну линию!) плюс клей на чипе, немного сглаживающий последствия. Что ж, поудивлялся бренду и решению после того как карта стала зависать в работе, заменил термопасту и пластмассу на винты с гайками, и забыл о подобном.
Справедливости ради, надо сказать, что специалисты возразят - точек опоры четыре, скажут они. Крепления и края чипа, и что клей создаёт необходимую прижимную силу в дополнение к пружинам, и на краях чипа есть поролоновые подкладки. Но вытянуты эти точки вдоль одной прямой, отклоняясь на полудиагональ чипа, а он не очень крупный, так что при нажиме на край радиатора это выглядит как крепление на 3 точках в 1 линию. Вот эти точки на примере того же чипа северного моста (чипсет P43).
Недавно пришлось устанавливать кулер, немного упирающийся в радиатор северного моста чипсета P43. И стало понятно, что без такой же операции не обойтись - лёгкое покачивание кулера приводит к отрыву липкой термопасты и зависаниям компьютера на разных стадиях - или на 3-й минуте теста SnM (нагрузка процессора), или вообще на 2-й минуте работы в биосе. Стало понятно, что это массовое безобразие надо обнародовать со всеми почестями, пусть подобную операцию выправления делали ранее тысячи пользователей, имевших такие проблемы или предусмотрительно избегавшие их. Ведь причиной неустойчивой работы (или понижения пределов разгона) из-за перегрева чипсета может стать случайное лёгкое нажатие на край радиатора при монтаже компонентов. А уж кулер процессора, прикасающийся к радиатору - почти гарантированный источник проблем.
Альтернативы.
Если посмотреть на радиаторы чипов на других матплатах, увидим альтернативы, без недостатков типа "3 точки крепления в линию". Если радиаторы с теплотрубками - сами трубки создают дополнительные жёсткие опоры, и проблема с нажатиями на радиатор снимается даже при пластмассовых защёлках. (На фото стрелками показаны места креплений.)
Существуют 4-точечные системы крепления на петлях, впаянных в плату. Пусть у них свой ряд минусов, но с устойчивостью радиатора есть некоторый прогресс.
(кликнуть для увеличения)
Таким образом, рассматриваемое конструктивно некачественное крепление - это сознательное балансирование разработчиков и технологов на грани надёжности и экономии центов или долей их в массовом производстве.
Решение.
Снимаем радиатор. Удаляем ватой со спиртом липкую термопасту.
Убираем пластмассовые втулки и пружины.
Ставим пасту КПТ-8, два винта с 4 гайками и 2 шайбами из диэлектрического материала.
В данном случае шайбы просто вырезаны из подходящего куска целлулоида. Устанавливаются снизу платы, под шляпками винтов.
Подпираем другие 2 края радиатора прокладками подобранной толщины (сделаны, например, из нескольких склеенных слоёв картона). (На фото две стрелки указывают на гайки, третья - на одну из прокладок.)
Теперь при движениях процессорного кулера радиатор чипсета не смещается, довольно сильные нажатия на края радиатора также не страшны.
Начислено вознаграждение
Этот материал написан посетителем сайта, и за него начислено вознаграждение.
Подпишитесь на наш канал в Яндекс.Дзен или telegram-канал @overclockers_news - это удобные способы следить за новыми материалами на сайте. С картинками, расширенными описаниями и без рекламы.
Охлаждение микросхем: печатная плата и радиатор (часть 2) (страница 3)
Возможно, площадь меди в верхнем слое, на который устанавливается компонент, сказывается на характеристиках охлаждения. Второй элемент, который может оказать влияние – количество припоя, используемого при монтаже.
В качестве нагревательного элемента будет использован транзистор в корпусе DPAK при мощности 2.5 Вт.
Проверка влияния медной зоны вокруг компонента (DPAK), температура кристалла:
реклама
Интересно, что еще от 3 до 5 градусов можно выиграть, если просто нанести большее количество припоя вокруг металлической пластины компонента (вывод стока). Обычно же при монтаже компонентов не заботятся о теплопередаче через контактирующие поверхности, и это ошибка. Вокруг детали наибольшее сопротивление потерь и нанесение припоя может оказать реальную помощь.
Измерение качества передачи тепла по печатной плате.
До сих пор снимали градиент температур только для одного случая – без участия вентилятора. Но при искусственном охлаждении эффективность работы печатной платы должна упасть из-за сопротивления потерь передачи тепла вдоль платы. Повторим тест, но добавим работу вентилятора с очень маленькой и нормальной производительностью (3.5 и 7 вольт). Транзистор поменяем на D2PAK, для симуляции группы небольших транзисторов.
'Внт.' – температура кристалла, остальное снято с обратной стороны печатной платы, точка '0' под центром металлической пластина транзистора (D2PAK, 5 Вт).
анонсы и реклама RTX 3060 Ti - цена упала на порядок при обвале Эфира Большое снижение цен на RTX 3060 - смотри RTX 3060 Ti Gigabyte дешевеет в Ситилинке Недорогая MSI RTX 3060 в Ситилинке RTX 3070 в Ситилинке намного дешевле чем везде -12000р на RTX 3080 Gigabyte Ноутбук на IPS дешевле 10 000р в Ситилинке В полтора раза подешевел 4Tb Barracuda в РегардеВ данных есть небольшие нарушения монотонности, что вызвано неоднородной печатной платой.
Эффективная длина радиатора зависит от скорости обдува, если исходить из границы пятидесятипроцентного снижения, то рабочая длина составит:
- Без обдува – 30 мм.
- Низкая скорость обдува (вентилятор 3.5 В) – 22.5 мм.
- Высокая скорость обдува (вентилятор 7 В) – 20 мм.
Прошу обратить внимание, измерения проводились от центра к периферийной части, поэтому общий размер длины получается в два раза больше.
реклама
Ориентация в пространстве и цвет печатной платы.
Печатная плата выполняет функцию радиатора и относительно успешно. Но для радиатора важна ориентация в пространстве и цвет его покрытия. Теплопередача может осуществляться за счет нагрева окружающего воздуха или посредством излучения. Если радиатор темного цвета, то эффективность передачи тепла излучением повышается, обещают улучшение отдачи до х1.7 раз. Может, стоит красить платы в черный цвет?
Тестовая установка простая – многослойная печатная плата 25х40 мм (10 см 2 х2 стороны), в центре припаян транзистор в корпусе DPAK. Мощность та же, что и в других тестах с этим транзистором, 2.5 Вт.
Полученные данные сведены в таблицу:
Неравномерность температуры в пределах стороны платы не превышает четырех градусов.
Изначально на печатной плате была защитная маска черного цвета. Для получения светлого цвета маска с обеих сторон удалялась. Теория говорит, что это должно было повлечь ухудшение эффективности в 1.7 раза, ведь передача тепла методом излучения уменьшилась во много раз. В реальности ухудшение работы составило всего лишь 25 процентов. Согласно теории, плоский радиатор лучше работает в вертикальном положении. Без маски это всего 18 процентов, а с маской едва ощутимо. Похоже, маска слишком толстая и мешает теплопередаче.
Средняя температура платы 50 градусов (температура обратной стороны не интересна), мощность 2.5 Вт, отсюда можно вычислить термосопротивление подобного 'радиатора' – 20 градусов на ватт при площади 10 см 2 . Или, при 200 см 2 тепловое сопротивление 1 градус на ватт.
Ничего сверхнеобычного, специально перекрашивать плату в черный цвет точно не стоит. Но это объясняет любовь производителей к темным платам.
Тепловое сопротивление.
Для измерения теплового сопротивления потребуется много откалиброванного оборудования и материалов, что достаточно проблематично, поэтому просто измерим падение температуры на тестовом материале. В качестве генератора тепла возьмем транзистор в корпусе DPAK при мощности 2.5 Вт. Его активная поверхность отвода тепла примерно 5х5 мм.
Тепловые потери измерялись как разность температур между точками 'A' и 'B'.
Контрольные точки выбраны не слишком удачно, но этот способ выдержан для снятия характеристик всех материалов. Тепловые потери на двух переходах сред и термопасты учитываются.
Особенности проведения измерений:
- При измерении потерь в платах, нагревательный элемент к ним припаивался, а обратная сторона зачищалась от окислов и покрытий до чистой меди.
- В корпусах BGA и TSOP выбиралось место без полупроводникового кристалла, с краю.
- В качестве ’пластины из железа’ использовался небольшой фрагмент из конструкции системного блока.
- Теплопроводящие прокладки сняты из аппаратуры, поэтому точные характеристики неизвестны. Красный из фирменного блока питания, серый – из обычного китайского 'noname'.
реклама
Разница в температурах многослойной и обычной платы просто дикая. Понятно, что FR4 плохо проводит тепло, но чтоб тонкие прослойки меди были настолько эффективны…
Сама же теплопроводность корпусов не слишком хорошая, что вполне ожидаемо.
По термопрокладкам тоже не особо красивые цифры, но что есть, то есть. На их фоне керамика выглядит просто великолепно, но ее не удастся использовать в компьютерной технике – просто незачем. Назначение термопрокладок в выбирании различной высоты компонентов, а керамика жесткая и в этом вопросе не поможет. Какая именно была керамика в моем случае, сказать трудно. Судя по цвету и тепловому сопротивлению, это бериллиевая керамика.
реклама
Как использовать данные таблицы? Да очень просто – тепловое сопротивление железа известно, остальные цифры пересчитываются пропорционально.
Практическое применение
Итак, упрощенный расчет. Если надо точнее, то, пожалуйста, воспользуйтесь приведенной выше ссылкой на методику, а по остальным вопросам – увы, только самостоятельные исследования и чтение документации по компонентам. К сожалению, 'общие' рекомендации слишком упрощены, местами дико.
Пункт 1 – тепловая мощность.
реклама
По преобразователям питания процессора все довольно просто, их КПД колеблется вокруг цифры 80%. При этом сразу следует учесть, что они проектируются на определенную мощность потребления и при превышении (или соразмерно) этой цифры КПД преобразования энергии начинает уменьшаться. Грубо говоря, стоит брать эффективность 82% для пониженной нагрузки, и 76% нормальной – для большой. Мощность потерь составит соответственно 22 и 32 процента от выходной мощности. Расчеты для низкой мощности производить труднее, даже при сильных упрощениях, ведь потери в компонентах преобразователя пропорциональны квадрату выходного тока.
Например, в материнской плате, рассчитанной на TDP 120 Вт, установлен процессор с потреблением 70 Вт. В данном случае нагрузка не является повышенной, ожидается предполагаемый КПД 82%. При этом от источника питания потребляется 70*100/82 = 85.4 Вт. Из этой цифры 70 Вт уходит в процессор, а 85.4-70 = 15.4 Вт рассеивается на элементах преобразователя.
Тот же случай, но с использованием более мощного (по потреблению) процессора с разгоном даст несколько иную картину. Если он потребляет 140 Вт (цифры условны), то предполагается снижение КПД преобразователя до 76%. Потери составят уже совсем другие цифры: 140*100/76 = 184.2 Вт от источника питания, или 184.2-140 = 44.2 Вт на элементы преобразователя.
Хочу сразу отметить, что далеко не все эти потери вызваны транзисторами. Что-то, и весьма большое, рассеивается на индуктивностях, трассировке и, немного - на конденсаторах. Как разделить полученную цифру на транзисторы и всех остальных? Всё очень сильно зависит от примененных компонентов. Скажем, две трети тепла рассеивается на транзисторах. Только не спрашивайте, откуда взялась цифра. А потолок надо побелить.
Итак, надо рассмотреть два варианта: 15.4х2/3 = 10 Вт и 44.2*2/3 = 29 Вт.
реклама
Пункт 2 – активная площадь поверхности печатной платы.
Давайте возьмем какую-нибудь материнскую плату и посмотрим, во что это выльется.
В этой плате используются компоненты в корпусе LFPAK, эффективно отдающие тепло в печатную плату. Прекрасно, расчеты можно вести без особых усложнений. Если бы компоненты плохо отводили тепло в плату, то расчет эффективности рассеивания тепла был бы чрезвычайно сложен и проще сразу переходить к выбору дискретного радиатора, игнорируя теплорассеивающие свойства платы.
реклама
Вначале уберем те участки, которые не могут отводить тепло от преобразователя.
Остается измерить оставшуюся поверхность. Если не учитывать зону нижнего левого края с надписью ‘BIOSTAR’, то получается два прямоугольника – верхний 55х120 мм и правый 45х85 мм.
Ранее рассматривалась эффективность отвода тепла печатной платой. Из полученных результатов выходило, что ширина более 60 мм не эффективна (поэтому игнорировали левую часть платы). В моем случае ширина 55 и 45 мм, что удовлетворяет условию без ограничений. В итоге получается площадь поверхности 55х120 + 45х85 = 104 см 2 .
Есть один нюанс, который портит общее впечатление. Дело в том, что на плате расположены и другие компоненты, кроме преобразователя, и они тоже подогревают печатную плату. Для порядка, стоит отметить, что эти компоненты выступают как небольшие радиаторы и тоже рассеивают тепло. На данной картинке присутствует разъем процессора, и он (точнее, процессор) тоже греется. Но несильно, термозащита процессора настроена на температуру порядка 60 градусов по верхней крышке. Что до нижней части процессора, то она ниже температуры крышки. К тому же, между дном процессора и печатной платой находится прослойка контактов, которые не особо хорошо передают тепло. Так что, тепловой подогрев от процессора можно не учитывать.
реклама
Пункт 3 – площадь и мощность на один транзистор.
В преобразователе десять фаз, в каждой по три транзистора. Понятно, что тепловые потери не распределяются равномерно по всем компонентам, но и расчеты примерны.
На один транзистор приходится 104/(10*3) = 3.5 см 2 площади печатной платы. Мощность:
Первый вариант - 10/(10*3) = 0.33 Вт.
Второй вариант - 29/(10*3) = 0.97 Вт.
Извините, небольшое уточнение по методике. Ранее рассмотрены исследования при использовании достаточно больших участков печатной платы, которые во много раз превышают цифру 3.5 см 2 , полученную в этом расчете. Это означает, что предыдущее исследование было неверным? Отнюдь, посмотрите внимательнее на картинку, транзисторы собраны в группу и тепло рассеивается довольно протяженным участком платы (45 и 55 мм).
Пункт 4 – расчет радиатора.
Если дана мощность и перегрев, то можно вычислить требуемую площадь поверхности. Для этого надо решить, сколько будет закладываться на перегрев. В системном блоке обычной температурой считается 35 градусов, выше 50 градусов компонент воспринимается как горячий. Выходит, что на перегрев остается 50-35 = 15 градусов.
Прошу заметить, эти рассуждения затрагивают температуру радиатора (печатной платы), у кристалла температура окажется несколько выше.
Для начала, попробуем обойтись без принудительного обдува.
Площадь поверхности платы (вернее, одной стороны) уже рассчитали. Далее, эту цифру надо умножить на 1.5, ведь у платы две стороны. Почему не удвоить? Здесь два момента:
- Во-первых, обратная сторона материнской платы рассеивает тепло не особо эффективно.
- Во-вторых, сама печатная плата сделана не из чистой меди и из-за потерь работает не столь эффективно.
После вычисления эффективной поверхности (приведенной к идеальной пластинке), к ней можно применить упрошенную формулу расчета – поверхность 300 см 2 нагревается на один градус при подведении мощности один ватт. Но можно обойтись еще более простым решением - ранее измеряли, для темной печатной платы (естественно многослойной) коэффициент 1 градус на ватт приходится на (одну сторону) поверхности 200 см 2 .
Для наихудшего случая, 0.97 Вт, необходимая площадь радиатора составит 0.97*200/15 = 13 см 2 .
Ну вот, настало время прослезиться. Если бы на плате под транзистор приходилось 13 см 2 , то ни о каком радиаторе задумываться не пришлось. А так… только 3.5 см 2 .
Если взять меньшую мощность (первому варианту требовалось только 0.33 Вт), то необходимая площадь радиатора составит 0.33*200/15 = 4.4 см 2 .
Гм. Если не использовать дополнительный радиатор, то первый вариант вполне работоспособен, только перегрев будет уже 19 градусов вместо 15. Не смертельно, температура самого транзистора выйдет 54 градуса. Что до второго случая, то отсутствие радиатора скажет весьма жестко – перегрев 56 градусов или температура 91 градус.
Понятно, почему производитель этой материнской платы установил на транзисторы радиатор. В первом приближении, для нормального функционирования преобразователя нужен радиатор 13 см 2 * 30 = 390 см 2 , довольно большого размера. Попробую высказать безосновательное предположение, что установленный производителем радиатор обладает эффективной поверхностью гораздо меньше требуемой, а значит, возникнет потребность в дополнительном обдуве.
Выводы
Война - ерунда, главное маневры!
Выводы, вторая попытка.
Ммм …. Выводы что-то совсем не пишутся, может статью почитаете?
Почти все корпуса обладают пластиковым (керамическим) верхом, что затрудняет отвод тепла через него. Можно поставить радиатор и/или обдувать мощным воздушным потоком, но всё равно эффект останется посредственным. Ну, не предназначены они для этого, что ж тут поделать. Причем, дело не облегчает тот факт, что кристалл находится достаточно глубоко под поверхностью.
Если в корпусе применяется соединение выводов того вида, что рассмотрено в разделе TSOP, то материал корпуса должен быть выше на толщину выводов и небольшой запас над ними, для электрической изоляции. Если же выводы утоплены в глубь корпуса, находятся вокруг кристалла (смотреть картинку в разделе QFN), то все равно требуется ощутимый запас над кристаллом, ведь проволочки соединения кристалл–выводы немного поднимаются над пластиной полупроводника. Именно поэтому я отдельно не тестировал такую распространенную сборку, как drMOS – смысла нет. Это все тот же 'TSOP', по методу подключения силовых выводов (а значит, и толщины верхней крышки над кристаллом); и QFN, по методу отвода тепла в печатную плату.
И по отводу тепла через пластину в дне. Обычный корпус, без вставок, несколько поднят над платой и очень плохо отдает тепло через дно. Зазор оставлен не по чьей-то особой вредности, это требуется технологически – на печатной плате могут быть локальные дефекты (защитной маски, маркировки, рельефность многослойной платы), да и при формовке выводов и изготовлении корпуса существует разброс параметров.
Основная задача корпуса SMD – гарантировать надежное прилегание выводов, всех выводов, к контактным площадкам печатной платы. Отсюда и появляется зазор между корпусом и платой. Он небольшой, но теплоизоляционные свойства у него 'хорошие'. Если компонент выделяет много тепла, то может быть применена модифицированная редакция корпуса, с металлической пластинкой в дне. При этом полупроводниковый кристалл монтируется на эту пластину, иначе нет смысла городить огород. Решение хорошее, но почему оно не распространено? Если забыть про немного возросшую стоимость корпуса и затаривания кристалла, то остается весьма серьезная проблема – ‘металлическое’ дно мешает трассировке платы.
Нельзя просто так положить подобный корпус на плату, защитная маска не может гарантировать отсутствия замыкания. Даже если выкрутить руки технологам и поставить, то всё равно плохо – в современной электронике все цепи представляют собой линии, а у них есть вполне определенный импеданс. И поскольку металл дна находится прямо над проводниками, то импеданс будет изменен и не соответствовать расчетному. Если у цепи импеданс меняется на своем протяжении, то возникают частичные локальные отражения и форма сигнала искажается.
Поэтому, если используется корпус с металлом в дне, то соответствующую зону платы приходится изолировать от трассировки. Обычно если металл в дне есть, то он занимает значительную ее часть, что неизбежно сказывается на качестве трассировки цепей – банально меньше места. Поэтому хоть сами по себе вставки и полезны, но их не ставят по объективным причинам. Впрочем, стоит отметить – в микросхемах довольно часто устанавливают полупроводниковые кристаллы на теплораспределительные пластины, просто они не видны, будучи изолированы в корпусе. При этом улучшается отвод тепла, а внешне корпус выглядит традиционным.
К слову, я как-то смотрел микросхемы SDRAM в корпусе TSOP – в них использовался полупроводниковый кристалл огромного размера, во всё пространство корпуса. При этом кристалл был смонтирован на тонкой медной пластинке. Микросхемы памяти крайне чувствительны к локальному нагреву, поэтому введение пластинки весьма оправдано.
По результатам измерений накопились некоторые общие выводы, пора их собрать в одном месте.
Типы корпусов влияют на механизм охлаждения. Если в упаковке не предусмотрен отвод тепла в плату (TSOP, SOIC и аналогичные), то не следует рассчитывать на эффективный отвод тепла средствами печатной платы. В случае корпуса с развитой поверхностью можно возложить надежды на обдув. А иначе придется устанавливать дополнительный радиатор.
Термопрокладки есть зло, их вредоносная сущность четко отразилась в измерениях. В ряде корпусов введение этого элемента приводит к результату худшему, чем без радиатора вовсе. Увы, при применении группового радиатора, общего на несколько корпусов, без данного зла не обойтись – хоть немного, но корпуса отличаются по толщине, а термопрокладка призвана выбрать разницу. Часть корпусов просто обязывает применение термопрокладки, ведь у них металлический верх, у которого есть электрический контакт со схемой.
Локальные радиаторы лучше группового, ведь не требуют использования термопрокладки, но размеры и форма такого радиатора должна быть соответствующие – большой объем (точнее - поверхность), редкие и высокие иглы или ребра. Обычный размер компонента 5х5 … 10х10 мм, что затрудняет подбор достойного радиатора. Посмотрите результаты тестирования, радиаторы 10 см 2 … 20 см 2 не могут оказать существенного эффекта без принудительного обдува, а это уже весьма крупные конструкции.
Если компонент перегревается, то более эффективно применение обдува, чем установка радиатора. Причина тривиальна – большое тепловое сопротивление через верхнюю крышку. Корпуса просто не предназначены для отвода тепла через верх. Про упаковку DirectFET пока не будем вспоминать, поскольку она не особо распространена. А жаль.
Блог компьютерщика
Все, чем занимаюсь на работе: компьютеры, автоматизация, контроллеры, программирование и т.д.
четверг, 3 сентября 2015 г.
Как приклеить радиатор к микросхеме южного моста
Иногда нужно приклеить радиатор к какой-нибудь микросхеме, которая греется. Например, чипу памяти, процессору Raspberry Pi или на южный мост (ЮМ) компьютера. Конечно, обычно для ЮМ предусмотрены съемные радиаторы с креплениями, но могут быть и не предусмотрены; так же родной радиатор может быть утерян а имеющийся под рукой не подходит по точкам крепления.
Некоторые коллеги советуют в таких случаях использовать подручные материалы: в центре микросхемы намазать обычной термопастой, по краям клеем "Момент", сверху прижать радиатором и опа-на, все склеилось. Но я проверил и убедился, что радиатор держаться не будет и отвалится. Принцип "сделаем из песка и навоза" тут не прокатит.
Лучше всего для приклеивания радиатора к микросхеме использовать специальный термоклей. Такой термоклей не только приклеивает радиатор, но еще и обеспечивает хороший теплообмен с микросхемой. Интернет рекомендует русский клей "АлСил", но его найти в Запорожье не удалось. Более того, я обзвонил много фирм и не нашел в продаже вообще никакого термоклея. Удивительно!
Тогда залез на ебей и нашел китайский термоклей:
Цена с доставкой всего 0.7 $. Дешево, почти даром.
Купил я себе такой тюбик, тем более, что отзывы в нете об этом термоклее хорошие.
Вчера им клеил радиатор на ЮМ материнской платы
Читайте также: