Introducción

En un entorno de sistema, la temperatura del procesador Pentium® es una función tanto del sistema y de los componentes características térmicas. El nivel de las restricciones térmicas del sistema se impone en el módulo son temperatura ambiente local y conductividad térmica (es decir, aire por el dispositivo). El procesador Pentium® características térmicas dependen el paquete (tamaño y el material), el tipo de la interconexión a la placa de circuito impreso (PCB), la presencia de un disipador térmico, y la conductividad térmica y la densidad de potencia de la PCB.

Todos estos parámetros se ven agravadas por la continuación empuje de la tecnología para aumentar la las velocidades de operación y el embalaje densidad. Como frecuencias de funcionamiento incremente y tamaño de embalaje disminuye la densidad de potencia aumenta y el disipador térmico tamaño y flujo de aire adecuado a convertirse en instituciones más limitada. El resultado es una mayor importancia en diseño térmico diseño de sistemas para asegurarse de que se satisfacen los requisitos para cada componente en el sistema.

Además disipadores de calor y ventiladores, hay otras soluciones para el enfriamiento circuito integrado dispositivos. Algunas de estas soluciones son: ventilador montado en disipador térmico, el calor vías, termoeléctrica (peltier) enfriamiento, refrigerante líquido, etc. Aunque estas alternativas son capaces de disipar calor adicional, han desventajas en términos de costo del sistema, la complejidad, la fiabilidad y la eficacia. Estas técnicas son más caros que un pasivo disipador térmico 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 que se disipado aumenta. A pesar de estas desventajas, cada una de estas las soluciones pueden ser el ideal para sistema en particular las implementaciones.

No obstante, para los fines de esta nota de aplicación, Intel se ha enfocado sus esfuerzos en que describe las soluciones que utilizan disipadores térmicos pasivos y ventiladores.

El objetivo de este documento es proporcionar información sobre el desempeño térmico procesador Pentium® y recomendaciones para satisfacer los requisitos térmicos se impone en los sistemas. Esta nota de aplicación los intentos de proporcionar una comprensión de la características térmicas del procesador Pentium® y algunos ejemplos de cómo los requisitos térmicos se puede alcanzar.

Administración térmica de un sistema electrónico abarca toda la procesos térmicos y las tecnologías que debe emplearse para eliminar y transferir calor de los distintos componentes a los disipador térmica del sistema de una manera controlada.

El objetivo de la administración térmica es para asegurarse de que la temperatura de todos los componentes se mantiene en funcionamiento y máximo absoluto los límites. El límite es la temperatura funcional dentro de la cual los circuitos eléctricos se puede anticipar que a fin de satisfacer sus requisitos de rendimiento. El funcionamiento fuera del límite funcional puede degradar el desempeño del sistema o errores lógicos. El máximo absoluto límite de temperatura se la temperatura máxima que una parte del componente podría instalarse de forma segura expuesto. Temperaturas superiores el límite puede ocasionar destrucción física o puede 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 reducir a la mitad del tiempo medio entre fallos.

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

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

La térmica los datos de caracterización y como se describe en la Tabla 2 ilustra que tanto un disipador térmico y flujo de aire adecuado son necesarios. El tamaño del disipador térmico y la cantidad de flujo de aire están interrelacionadas y pueden ser negociados entre sí. Por ejemplo, un aumento de disipador térmico tamaño disminuye la cantidad de flujo de aire necesario. En un sistema habitual, el disipador térmico tamaño está limitado por diseño de la placa, el espaciamiento, y disposición de componentes. aire está limitado por el tamaño y cantidad de ventiladores junto con su colocación en relación con los componentes y el flujo de aire canales. Además, ruido acústico limitaciones pueden limitar el tamaño o tipos de ventiladores limitación el flujo de aire.

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

Disipación de energía del componente resulta en un aumento de la temperatura respecto a la temperatura del punto de referencia. La cantidad de aumento de la temperatura depende de la net resistencia térmica entre el junction y punto de referencia. resistencia térmica es el factor clave a la hora de determinar el manejo alimentación capacidad de cualquier paquete electrónicos.
resistencia térmica de la salida a caso (THETAJC), y de junction ambiente (THETAJA) son los dos más a menudo térmico especificado los parámetros de circuito integrado paquetes.

Temperatura ambiente es la temperatura del aire ambiente no distribuidos alrededor del paquete. Denota TA, temperatura ambiente es por lo general, medida en una distancia de el paquete. En el laboratorio entorno de prueba, temperatura ambiente se mide 12 pulgadas ascendentes del paquete de investigación. En un entorno de sistema, temperatura ambiente es la temperatura del aire ascendente para el paquete y en sus inmediaciones.

Temperatura de la caja, denota TC, se mide en el centro de la superficie superior del paquete, normalmente, el punto más populares en el embalaje caso. Se debe tener sumo cuidado al medir la temperatura de la caja a fin de garantizar una visión exacta medición de la temperatura. termopares suelen utilizarse para medir la TC. Antes de cualquier lecturas de temperatura, el termopares tienen que ser calibradas. Al medir la temperatura de una superficie que está en una temperatura distintos de los alrededores aire ambiente, errores, podrían introducirse en las medidas. Los errores de medición podría deberse a un contacto térmico entre el termopar unión deficiente y la superficie, pérdida de calor por radiación o por conducción a través cables del termopar. A fin de minimizar la errores de medición, es recomendable que utilice la siguiente enfoque:

• Utilice 36 calibrador o granulación más diámetro K, t, o J tipo termopares. Las pruebas de laboratorio se realizó utilizando un termopar realizadas por Omega (número de pieza: 5TC-TTK-36-36).
• Conecte el termopar gota o junction en el centro del paquete superficie superior el uso de alta conductividad térmica cementos. Las pruebas de laboratorio se realizó mediante Omega Bond (número de pieza: OB-100).
• El termopar debe ser conectado en un ángulo de 90° como se muestra en la Ilustración 1. Cuando un disipador térmico se conecta un orificio (no más de 0,15 hay dentro ) se deben taladrados a través del disipador térmico para permitir que sondear el centro del paquete como se muestra en la Ilustración 1.
• Si la temperatura de la caja se mide con un disipador térmico conectado al paquete, en profundidad un orificio a través del disipador térmico para conectar el termopar alambres.

Figura 1. Termopar Anexo

Temperatura de unión

Temperatura de unión, denota TJ, es la temperatura media de el chip dentro del paquete. La temperatura de unión para una determinada junction a temperatura ambiente resistencia, disipación de energía y temperatura ambiente es dado por la fórmula siguiente:
TJ = PD * THETAJA + TA

THETACS es la resistencia térmica del componente (caso) para el disipador térmico.

Resistencia térmica

resistencia térmica (ilustración 2) Los valores para junction-to-ambiente, THETAJA y junction a caso, THETAJC, se utilizan como medidas de desempeño térmico los formatos IC. QJC es una medida de la resistencia térmica interna del paquete principales a lo largo de la ruta de flujo de calor chip de silicio a los paquetes exterior. Este valor depende en gran medida el material, conductividad térmica, y la geometría de el paquete. Los valores THETAJC 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 rutas desde el paquete en el ambiente. Por ejemplo, si un disipador térmico se conecta al paquete superficie superior o más calor procede a la placa a través del pines, este THETAJC valores medidos con referencia al centro del paquete superficie superior va a cambiar. THETAJA los valores incluyen no sólo resistencia térmica interna, sino también el convección radiativo y resistencia térmica del paquete exterior al aire ambiente. THETAJA dependen del material, conductividad térmica, y la geometría de el paquete y también en condiciones de ambiente, tales como flujo de aire y refrigerante propiedades físicas.

A fin de obtener valores de resistencia térmica, temperatura de unión se mide utilizando el parámetro sensibles a la temperatura (TSP) método. Con este método, diseño especial se usan las estructuras prueba térmica los cuales son aproximadamente del mismo tamaño que el procesador Pentium chip. Estructura de la prueba resistencias y diodos. Resistencias se utilizan para simular el procesador Pentium® disipación de energía y térmico, lo cual del paquete. Diodos, que están ubicados en el centro de la prueba térmica chip, se utilizan para medir la temperatura del 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 centímetros de distancia el paquete en ascendentes aire.

Los parámetros se definen por las relaciones siguientes:

THETAJC = (TJ - TC) / PD

THETAJA = THETAJC + THETACA

donde:
unión THETAJA = a temperatura ambiente resistencia (°C/W)
THETAJC = unión a caso resistencia térmica (°C/W)
THETACA = asunto a temperatura ambiente resistencia (°C/W)
TJ = media chip (unión) temperatura (°C)
TC = temperatura en un caso predefinidas ubicación (°C)
TA = temperatura ambiente (°C)
Dispositivo PD = disipación de energía (W)

La Tabla 2 muestra las junction-to-asunto y el asunto a temperatura ambiente resistencia para el procesador Pentium® (con y sin un disipador térmico).

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

TA = 85°C - (16W * (12,8°C/W -1,2°C/W))

TA = -100,6°C

La temperatura ambiente máxima requiere un procesador Pentium sin ninguna mejora térmica adicional es de -100,6° C a 66 MHz. Obviamente, este temperatura ambiente es impráctico y inalcanzable en un sistema de PC. Para poder mantener la temperatura de la caja a 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 a fin de mejorar el desempeño térmico paquete es aumentar la superficie del dispositivo mediante la conexión de un pieza grande de metal (un disipador térmico) a la cerámica paquete. El disipador térmico por lo general es de aluminio y se elige por su precio térmica/-rendimiento. Existen los materiales que ofrecer un mayor conductividad como el cobre, pero el costo se convierte prohibitivo. Con el fin de maximizar el flujo de calor para una determinada temperatura de unión elevarse a través de la temperatura ambiente, la resistencia térmica del disipador térmico para aire, pueden reducirse en un) la maximización del área de superficie, y b) la maximización del flujo de aire a través de la superficie (Maximizamos flujo de aire a través disipador térmico aletas en la mayoría de los casos).

Las pruebas se realizó en un túnel de aire en la configuración (en la figura 3) donde el disipador térmico Procesador Pentium real fue montado en un paquete con una cerámica térmica chip montado dentro para generar el 16 vatios de energía. El paquete luego montado en un zócalo que está soldado a una capa 2 PCB que ofrece potencia para el chip.

Basados en estas pruebas, tres disipador térmico y las combinaciones aire han sido identificadas correctamente disipará el procesador Pentium® 16 vatios y mantiene una temperatura de la carcasa por debajo de los 85°C. Los tres disipadores térmicos se muestran en la Ilustración 4.

disipador térmico B: H = 1,2 hay dentro de 200 LFMs de aire

disipador térmico C: H = 0,5 hay dentro para 500 LFMs de aire

Suposición: aire Temp = 45°C

Figura 4. Las Combinaciones recomendado

Además, las pruebas se ha hecho para dar más directrices generales que permiten apartarse de las condiciones anteriores. Estas pautas permitir a los sistemas derivar diversas combinaciones de aire que disipador térmico tamaño y asegurar que el procesador Pentium® se cumplen las especificaciones térmicas. Por ejemplo, mediante el aumento de la disipador térmico x-y las dimensiones y su ampliación a través del espacio del encapsulado, el disipador térmico altura podrá reducirse, manteniendo a la vez el mismo desempeño térmico como el taller disipador térmico con el mismo espacio 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. La última tres gráficos (figuras 8, 9, 10) muestra la energía de disipación alcanzable con un disipador térmico tamaño y flujo de aire adecuado. La energía de disipación cálculos asume TC = 85°C, TA = 45°C, y THETAJC = 0,6°C/W.
Pmax = (TC: TA) / (THETAJA- THETAJC) = 40 / (THETAJA- 0,6)

Una tecla suposición en todos estos cálculos es que una perfecta conexión térmica se puede lograr entre el caso y el disipador térmico.
Uno pueda extrapolar las soluciones del disipador térmico al agregar la resistencia térmica de elegido adicional disipador térmico conecte proceso.

Ilustración 6. Resistencia térmica

Figura 7. Resistencia térmica

Figura 8. disipación de energía

Figura 9. disipación de energía

La Ilustración 10. disipación de energía

aire

Para mejorar la eficacia de disipadores térmicos es importante para administrar el flujo de aire para aprovechar al máximo la cantidad de aire que fluye sobre el área de superficie del dispositivo o disipador térmico. En el sistema, el flujo de aire alrededor del procesador pueden aumentarse al proporcionar un ventilador adicional o el aumento de la salida de ventilador existente. Si no es posible hacerlo, desconcertante el flujo de aire directo entre el dispositivo podría ayudar. Esto significa que la adición de metal o los objetos hoja informativa del guía el aire al dispositivo de destino. A menudo, la adición de simple pantallas puede eliminar la necesidad de un incentivo adicional del ventilador. Además, el orden en que el aire pasa por los dispositivos puede tener un impacto en la cantidad de calor disipado.

Los ventiladores con el fin de ayudar a menudo se necesita para hacer avanzar el aire dentro un chasis. típica de un ventilador de velocidad variable con capacidad de hasta el 100 cfm de aire se encuentran para aproximadamente $10.

Un ventilador puede colocarse en la parte superior de disipador térmico para producir directas de aire eficaz choque en el disipador térmico para extracción de calor. Un aspecto crucial con los ventiladores es su fiabilidad. Aunque muchos extractores están valorados para aproximadamente 50.000 horas de funcionamiento, las condiciones de operación, tales como temperatura de funcionamiento, caída de presión a través del ventilador y el partículas en el aire pueden reducir considerablemente los ventiladores vida útil.

Como la complejidad de los microprocesadores hoy continúa en aumento también lo hacen las disipación de energía requisitos. Se debe tener cuidado de asegurar el calor adicional que resulten de la alimentación esté correctamente disipado. , Tal y como se documenta, el calor se puede disipado utilizando disipadores térmicos pasivos, ventiladores y/o activos los dispositivos de enfriamiento.

La más sencilla y probablemente el más rentables método es el uso de un disipador térmico y del ventilador. El tamaño del disipador térmico y la salida del ventilador puede variar para equilibrar la compromisos 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 el 66 MHz procesador Pentium® y el 16W éste disipa. Otro ejemplo en que el espacio está restringido muestra una 0,5'' alta disipador térmico se puede utilizar si aproximadamente 500 LFM de flujo de aire.

Estas no son las únicas soluciones válidas, pero ambos ofrecerá el enfriamiento adecuado a fin de mantener la temperatura de la caja del procesador Pentium o inferior a lo 85° C límite especificado. Por el mantenimiento de esta especificación, el sistema puede garantizar la funcionalidad adecuada y de la confiabilidad de el procesador Pentium.

Esto se aplica a:

procesador Intel® Pentium®