Introducción

En un entorno de sistema, el procesador Pentium® la temperatura es una función de tanto del sistema como componente características térmicas. Nivel del sistema las restricciones térmicas Impuestas al módulo son local temperatura ambiente y conductividad térmica (es decir, aire a través del dispositivo). El procesador Pentium® características térmicas varían en el paquete (tamaño y el material), el tipo de interconexión a la placa de circuito impreso (PCB), la presencia de un disipador térmico, y la conductividad térmica y la densidad de potencia del pcb.

Todos estos parámetros se agravan por la continuación empuje de la tecnología para aumentar la operación velocidades y en el embalaje densidad. Como frecuencias de funcionamiento y aumentar tamaño embalaje disminuye la densidad de potencia aumenta y el disipador térmico del tamaño y el flujo se tornan más limitados. El resultado es una mayor importancia en diseño de sistemas para garantizar que diseño térmico se cumplen los requisitos de cada componente en el sistema.

Además disipadores de calor y los ventiladores, existen otras soluciones para enfriamiento circuito integrado dispositivos. Algunos de estos soluciones son: ventilador montado en disipador de calor, el calor conductos, termoeléctrica (peltier) enfriamiento, liquid enfriamiento, etc. Aunque estas alternativas son capaces de disipar calor adicional, han desventajas en términos de costo del sistema, complejidad, la fiabilidad y la eficacia. Estas técnicas son más caros que un disipador térmico pasivo y del ventilador. La introducción de dispositivos activos también puede disminuir la fiabilidad. Finalmente, la eficiencia energética de algunas de estas técnicas es deficiente y empeora con la cantidad de energía disipada de aumenta. A pesar de estas desventajas, cada uno de estos las soluciones pueden ser la solución idónea para el sistema en particular las implementaciones.

Sin embargo, con el propósito de esta nota de aplicación, Intel se ha enfocado sus esfuerzos en que describe las soluciones que utilizan disipadores térnicos y los ventiladores.

El objetivo de este documento es proporcionar desempeño térmico información para el procesador Pentium® y recomendaciones para responder a los requisitos térmicos Impuestas a los sistemas. Esta nota de aplicación los intentos de proporcionar un entendimiento de las características térmicas de la procesador Pentium® y algunos ejemplos de la forma en que el requisitos térmicos puede cumplirse.

Administración térmica de un sistema electrónico abarca todos los procesos térmicos y las tecnologías que debe emplearse para eliminar y transferir calor de componentes individuales al sistema térmica del disipador de forma controlada.

El objetivo de la administración térmica es garantizar que la temperatura de todos los componentes se mantiene en funcionamiento y absoluta límites máximos. Funcional límite de temperatura es el rango dentro del cual los circuitos eléctricos se puede anticipar que a fin de satisfacer sus especificado requisitos de funcionamiento. Operación fuera del límite funcional puede degradar el rendimiento del sistema o causar que lógica errores. El máximo absoluto límite de temperatura es la más alta temperatura que una parte del componente puede ser expuesto. Las temperaturas podría exceder la límite pueden causar destrucción física o se podrían ocasionar cambios irreversibles en características de operación. Temperaturas más altas resultan en Fracaso anterior de los dispositivos en el sistema. Por cada 10°C elevarse por encima del intervalo de funcionamiento significa la mitad del tiempo medio entre fallos.

El procesador Pentium® la disipación de energía para 60 y 66 MHz se muestra en la Tabla 1.

A fin de garantizar la funcionalidad y fiabilidad del procesador Pentium®, dispositivo máxima temperatura de unión debe permanecer inferiores a 100°C. Considerando la disipación de energía niveles y ambiente típica entornos de 40°C a 45°C, el procesador Pentium® la unión las temperaturas se puede mantener a continuación 100° C sin térmica adicional a la mejora disipar el calor generado por este nivel de consumo de energía.

La térmica datos de caracterización y como se describe en la tabla 2 ilustra que tanto un disipador térmico y el flujo se necesitan. El tamaño del disipador térmico y la cantidad de aire están interrelacionados y pueden ser Negociados unos contra otros. Por ejemplo, un aumento de disipador térmico tamaño disminuye la cantidad de aire requerido. En un sistema habitual, el disipador térmico tamaño está limitado por diseño, separación y de componente colocación. Aire está limitado por el tamaño y cantidad de ventiladores junto con su ubicación en relación con los componentes y el flujo de aire canales. Además, ruido acústico limitaciones pueden limitar el tamaño o los tipos de ventiladores limitación el flujo de aire.

Para desarrollar una confiable solución térmica, todas las variables anteriores debe ser considerado. La caracterización térmica y la simulación deben llevarse a cabo en todo el sistema nivel contabilidad de los requisitos térmicos de cada componente.

Componente disipación de energía resulta en un aumento de la temperatura con respecto a la temperatura de un punto de referencia. La cantidad de aumento de la temperatura depende de la red resistencia térmica entre el Junction y el punto de referencia. Resistencia térmica es el factor clave para determinar el manejo alimentación capacidad de cualquier paquete electrónicos.
Térmica resistencia de unión a caso (THETA _JC )y de unión a temperatura ambiente (THETA _JA ) son los dos más menudo se especifica parámetros térmicos de circuito integrado paquetes.

Temperatura ambiente es la temperatura del no distribuidos aire del ambiente alrededor del paquete. Denota TA, temperatura ambiental se suele medirse a una distancia máxima especificada en sentido contrario al paquete. En la prueba de laboratorio entorno, temperatura ambiente se mide 12 pulgadas ascendente a partir del paquete de investigación. En un entorno de sistema, temperatura ambiente es la temperatura del aire ascendente para el paquete y en sus cerca.

Temperatura del encapsulado, denota Tc, se mide en el centro de la superficie superior del paquete, normalmente, el punto más sobre el paquete encapsulado. Oferta especial atención es requerida cuando se midiendo la temperatura del encapsulado para asegurar que precisa una medición de la temperatura. Termopares se utilizan a menudo para medir TC. Antes de cualquier temperatura mediciones, el termopares tienen que ser calibradas. Hora de medir la temperatura de una superficie que está en una temperatura distintos de los alrededores aire ambiente, errores podrían ser introducidos en la medición. El errores de medición puede deberse a tener una mala contacto térmico entre el Termopar Junction y la superficie, pérdida de calor por Radiación o por conducción mediante cables del Termopar. A fin de minimizar la medición errores, es recomendable que utilice la siguiente enfoque:

• 36 Utilice calibrador o los diámetro K, T o J termopares tipo. Las pruebas de laboratorio se realizó mediante un Termopar hechas por Omega (número de pieza: 5TC-TTK-36-36).
• Conecte el Termopar bead o unión en el centro del paquete superficie superior que utilizan elevada conductividad térmica cementos. Las pruebas de laboratorio fue realizado por el uso Omega bond (número de pieza: OB-100).
• El Termopar debe ser conectado a un ángulo de 90° como se muestra en la Ilustración 1. Cuando un disipador térmico se conecta un orificio (no más de 0,15'') deben ser taladrados a través del disipador térmico para permitir que el sondeo centro del paquete como se muestra en la Ilustración 1.
• Si la temperatura del encapsulado se mide con un disipador térmico conectado al Paquete taladra un orificio a través del disipador térmico para conectar el cable Termopar.

Figura 1. Termopar Attachment

Temperatura de unión temperatura de unión, denota tj, es la temperatura media del chip dentro del paquete.
La temperatura de unión para una determinada unión a ambiente resistencia térmica, disipación de energía, y temperatura ambiente está dado por la fórmula siguiente:
T _{J =} P _{D *} THETA _JA + T A

THETA _CS es la resistencia térmica de los componentes (cubierta) al disipador térmico.

Resistencia térmica

Resistencia térmica (figura 2) Los valores para unión a ambiente, THETA _JA, y unión a caso, THETA _JC , se utilizan como medidas de formato IC desempeño térmico. QJC es una medida del paquete interno resistencia térmica en las principales flujo térmico ruta de chip de silicio a package exterior. Este valor se recomienda enfáticamente que depende del material, conductividad térmica, o geometry del paquete. THETA _JC valores también dependen de la ubicación del punto de referencia (en este caso centro del paquete superficie superior), la refrigeración externa configuraciones y el flujo de calor de rutas el paquete en el ambiente. Por ejemplo, si un disipador térmico se conecta al Paquete superficie superior o más calor se colocan en la junta mediante los pines, el THETA _JC valores medidos con referencia al centro del paquete superficie superior va a cambiar. THETA _JA los valores incluyen no sólo interna resistencia térmica, sino también las radiativo Convección y resistencia térmica del paquete exterior al aire ambiente. THETA _JA valores depender del material, conductividad térmica, o geometry del paquete y también de las condiciones ambientales tales como aire tarifas y enfriador propiedades físicas.

A fin de obtener resistencia térmica los valores de temperatura de unión se mide el uso de la temperatura sensibles parámetro (pst) método. Con este método, especial diseño prueba térmica se usan las estructuras los cuales son aproximadamente el mismo tamaño como el procesador Pentium® en chip. La prueba estructura de resistencia y diodos. Resistencias se utilizan para simular el procesador Pentium® y disipación de energía calor lo cual el paquete. Diodos, el cual se encuentran en el centro de la prueba térmica chip, se utilizan para medir la temperatura en chip. Las mediciones se llevan a cabo en un túnel de aire para el entorno. El caudal de aire y la temperatura ambiente son medida 12 pulgadas en sentido contrario al paquete en la ascendente aire.

Los parámetros están definidos en las siguientes relaciones:

THETA _JC = (T _{J -} T C ) / P D

THETA _JA = THETA _JC + THETA _CA

Donde:
THETA _JA = unión a ambiente resistencia térmica (°C/W)
THETA _JC = unión a case resistencia térmica (°C/W)
THETA _{CA =} caso a ambiente resistencia térmica (°C/W)
T _{J =} promedio die (unión) temperatura (°C)
T _{C =} temperatura del encapsulado en un y predefinidos ubicación (°C)
T _{a =} temperatura ambiente (°C)
P _{D =} dispositivo disipación de energía (W)

La tabla 2 incluye las unión a carcasa y caso a ambiente resistencia térmica para el procesador Pentium® (con y sin un disipador térmico).

Nota:disipador de calor: 2.05 pulgadas cuadradas proporcione un caudal pin, aluminio disipador térmico con 0,050. width pin, en 0,143 patilla a pines centro y spacing en 0,150. base espesor. Una capa delgada de grasa térmica con un promedio de espesor .003''a .005'' se utilizaba como el material de interfaz entre el disipadores térnicos y el encapsulado.

En este punto la nota de aplicación de enciende describen las características que definen desempeño térmico para describir cómo los diseñadores deben utilizar estas características para evaluar los requisitos térmicos de PC system diseños. El procesador Pentium® especifica una temperatura máxima de encapsulado, Tc, de 85° C. este caso límite de temperatura junto con el procesador Pentium® la potencia y resistencia térmica características puede utilizarse para determinar la temperatura ambiente debe conservar el procesador Pentium® funcionando dentro de su límites especificados. Con estos parámetros en las siguientes ecuaciones:

T _{a =} 85°C - (16W * (12,8°C/W -1.2°C/W))

T _{a = -}100,6°C

La temperatura ambiente máxima requerida en un procesador Pentium® sistema sin ningún otro térmica mejora es de -100,6° C a 66 MHz. Obviamente, esta temperatura ambiente es impracticable y inalcanzable en un sistema de PC. A fin de estar pueden mantener la temperatura del encapsulado en 85°C en un sistema habitual ambiente con aire temperatura de 40 - 45° C, la resistencia térmica entre el caso y el ambiente debe ser reducida.

La forma más común para mejorar el paquete desempeño térmico es aumentar la superficie de los dispositivos mediante la conexión una pieza grande de metal (un disipador térmico) a la cerámica paquete. El disipador térmico es generalmente de aluminio y se elige por su precio y térmicos-rendimiento. Existen los materiales que ofrecer un mayor Conductividad tales como cobre, pero el costo se convierte en prohibitivos. A maximizar el flujo de calor para una determinada temperatura de unión adelantarse a través de la temperatura ambiente, la resistencia térmica de disipador térmico al aire puede reducirse mediante un) La maximización del superficie, y b) la maximización del flujo de aire a través de la superficie (maximizar flujo de aire a través disipador de calor aletas en la mayoría de los casos).

Las pruebas se ha hecho de túnel de aire en la configuración (en la figura 3) Cuando el disipador térmico fue montado en un auténtico procesador Pentium® cerámica, con un chip térmica Montada dentro de generar 16 vatios de energía. El paquete y luego en un zócalo el cual está soldado a un 2 capas PCB que ofrece potencia para el chip.

Basados en estas pruebas, tres disipador térmico y el flujo combinaciones han sido identificadas correctamente disipará el procesador Pentium® 16 vatios y mantiene una temperatura de encapsulado debajo del 85°C. Los tres disipadores térnicos aparecen en la Figura 4.

Disipador térmico B: H = 1,2''para 200 LFMs de aire

Disipador térmico C: H = 0,5''para 500 LFMs de aire

Suposición: Air Temp = 45°C

Figura 4. Combinaciones recomendado

Además, las pruebas se ha hecho para brindar más directrices generales que permiten a desviarse de las condiciones antedichas. Estas pautas permiten que los sistemas para derivar diversas combinaciones de disipador térmico tamaño y aire que asegurar que el procesador Pentium® especificaciones térmicas se cumplan. Por ejemplo, mediante el aumento del disipador térmico x-y dimensiones y ampliación a través de la huella paquete, el disipador térmico altura podrá reducirse mientras se mantiene el mismo rendimiento que el taller disipador térmico con la misma huella que la del paquete. Los tres primeros gráficos (figuras 5, 6, 7) muestran la resistencia térmica en función del disipador térmico tamaño y flujo de aire adecuado. Los últimos tres gráficos (figuras 8, 9, 10) muestran la disipación de energía Alcanzable con una determinada disipador de calor tamaño y flujo de aire adecuado. La disipación de energía cálculos asume T C = 85°C, T _{a =} 45°C, y THETA _JC = 0.6°C/W.
P = máx (T C - T _{a) /} (THETA _{JA -} THETA _JC ) = 40 / (THETA _JA - 0.6)

Una tecla suposición en todos estos cálculos es que la combinación perfecta conexión térmica se puede lograr entre el caso y el disipador térmico . , pueden extrapolar las soluciones de disipador térmico al agregar la adicional resistencia térmica de cualquier elegido disipador de calor conecte proceso.

Ilustración 6. Resistencia térmica

Figura 7. Resistencia térmica

Figura 8. Disipación de energía

Figura 9. Disipación de energía

Figura 10. Disipación de energía

Aire

A fin de mejorar la eficacia de disipadores térnicos es importante para administrar el flujo de aire para maximizar la cantidad de aire que fluye sobre el dispositivo o disipador de calor de superficie. En el sistema, el flujo de aire alrededor del procesador pueden aumentarse al proporcionar un ventilador adicional o el aumento de la salida del ventilador existente. Si no es posible hacerlo, desconcertante el flujo de aire para dirigir a través del dispositivo podría ayudar. Esto significa que la adición de chapa o los objetos para guiar el aire al dispositivo de destino. A menudo la adición de simple deflectores puede eliminar la necesidad de un ventilador adicional. Además, el orden en que el aire pasa sobre los dispositivos impacto la cantidad de calor disipado.

Los ventiladores a menudo es necesario que le ayudan a mover el aire dentro de un chasis. Típica de un ventilador de velocidad variable tiene capacidad para 100 CFM de aire se pueden encontrar por aproximadamente $10.

Un ventilador podrían colocarse en la parte superior de un disipador térmico para producir directa Air Choque en el disipador térmico eficaz para extracción de calor. Un aspecto crucial de ventiladores es su fiabilidad. Aunque muchos ventiladores se recomendada para aproximadamente 50.000 horas de operación, condiciones tales como temperatura de funcionamiento, caída de presión en todo el ventilador y el Partículas en el aire pueden reducir los ventiladores vida útil.

Como la complejidad de hoy los microprocesadores continúa aumentando también lo hacen la disipación de energía requisitos. Tenga cuidado para asegurar que el calor adicional que resulten de la alimentación esté correctamente disipado. Por la documentación, el calor pueden disiparse que utilizan disipadores térnicos, ventiladores y/o enfriamiento activa los dispositivos.

El más simple y es probable que más eficaz método es el uso de un disipador térmico y un ventilador. El tamaño del disipador térmico y el resultado de los ventiladores se puede variar para equilibrar los Concesiones entre tamaño y limitaciones de espacio en comparación con ruido. Por ejemplo, si el espacio disponible es un 1,2'' alta disipador térmico se puede utilizar con sólo 200 LFM para enfriar la 66 MHz procesador Pentium® y el 16W éste disipa. Otro ejemplo en que el espacio está restringida muestra una 0,5'' alta disipador térmico se puede utilizar si aproximadamente 500 LFM de aire se suministre.

Estas no son la única información válida soluciones, pero tanto ofrecerá el enfriamiento adecuado a fin de mantener el procesador Pentium® temperatura del encapsulado en o por debajo del 85° C límite especificado. Al mantener esta especificación, el sistema puede garantizar la funcionalidad y fiabilidad del procesador Pentium®.

Esto se aplica a:

procesador Intel® Pentium®