Trosolwg Cynhwysfawr o Ddyluniad Thermol FPGA

    Er mwyn i unrhyw sglodyn weithio, rhaid iddo fodloni ystod tymheredd. Mae'r tymheredd hwn yn cyfeirio at y tymheredd ar y sglodion silicon, a elwir fel arfer yn dymheredd cyffordd.
Rhennir FPGA ALTERA yn ddau fath: gradd fasnachol (masnachol) a gradd ddiwydiannol (diwydiannol). Amrediad tymheredd cyffordd sglodion gradd masnachol a all weithio fel arfer yw 0 ~ 85 gradd Celsius, tra bod ystod y sglodion gradd diwydiannol yn -40 ~ 100 gradd Celsius. Yn y cylched gwirioneddol, rhaid inni sicrhau bod tymheredd cyffordd y sglodion o fewn ei ystod dderbyniol.

Wrth i ddefnydd pŵer y sglodion gynyddu, bydd mwy a mwy o wres yn cael ei gynhyrchu yn ystod y gwaith. Os ydych chi am gynnal tymheredd cyffordd y sglodion o fewn yr ystod arferol, mae angen i chi gymryd rhai dulliau i wasgaru'r gwres a gynhyrchir gan y sglodion i'r amgylchedd yn gyflym.
Mae unrhyw un sydd wedi astudio ffiseg yn yr ysgol ganol yn gwybod bod tri phrif ddull o drosglwyddo gwres, sef dargludiad, darfudiad ac ymbelydredd, a defnyddir y dulliau hyn hefyd gan sglodion i wasgaru gwres allan.
Mae'r ffigur isod yn dangos model wedi'i symleiddio o afradu gwres sglodion. Mae'r gwres a gynhyrchir gan y sglodion yn y ffigwr yn cael ei drosglwyddo'n bennaf i becyn allanol y sglodion. Os nad oes sinc gwres ynghlwm, bydd yn cael ei wasgaru'n uniongyrchol o'r gragen pecyn sglodion i'r amgylchedd; os ychwanegir sinc gwres, bydd y gwres yn cael ei drosglwyddo o becyn allanol y sglodion trwy'r gludydd sinc gwres. i'r sinc gwres, ac yna i'r amgylchedd trwy'r sinc gwres. A siarad yn gyffredinol, mae arwynebedd y sinc gwres yn cael ei wneud yn eithaf mawr, ac mae'r arwyneb cyswllt â'r aer yn fawr, sy'n ffafriol i drosglwyddo gwres. Canfuwyd yn arferol bod y rhan fwyaf o'r sinciau gwres yn ddu, oherwydd bod gwrthrychau du yn hawdd i belydru gwres allan, sydd hefyd yn ffafriol i afradu gwres allan. A pho gyflymaf yw cyflymder y gwynt ar wyneb y sinc gwres, y gorau yw'r afradu gwres.

Model llif gwres sglodion symlach
Yn ogystal, mae ychydig bach o wres yn cael ei gynnal i beli sodro'r sglodion trwy'r swbstrad sglodion, ac yna'n gwasgaru'r gwres i'r amgylchedd trwy'r PCB. Gan fod cyfran y rhan hon o wres yn gymharol fach, anwybyddir y rhan hon wrth drafod ymwrthedd thermol y pecyn sglodion a'r sinc gwres isod.

Yn gyntaf oll, mae angen inni ddeall y cysyniad o "ymwrthedd thermol". Mae ymwrthedd thermol yn disgrifio gallu gwrthrych i ddargludo gwres. Po leiaf yw'r gwrthiant thermol, y gorau yw'r dargludedd thermol, ac i'r gwrthwyneb. Mae hyn braidd yn debyg i'r cysyniad o wrthwynebiad.

O wrthwynebiad thermol sglodion silicon y sglodion i'r amgylchedd, gan dybio bod yr holl wres yn cael ei wasgaru o'r diwedd i'r amgylchedd gan y sinc gwres, gellir cael model gwrthiant thermol syml, fel y dangosir yn y ffigur isod:

Model oeri sglodion gyda sinc gwres
Gelwir cyfanswm y gwrthiant thermol o'r marw i'r amgylchol yn JA, felly mae'n bodloni:
JA=JC ynghyd â CS a SA
Mae JC yn cyfeirio at y gwrthiant thermol o'r sglodion i'r pecyn allanol, a ddarperir yn gyffredinol gan y cyflenwr sglodion; Mae CS yn cyfeirio at y gwrthiant thermol o becyn allanol y sglodion i'r sinc gwres. Os yw'r sinc gwres ynghlwm wrth wyneb y sglodion gyda gludiog dargludol thermol, mae'r ymwrthedd thermol hwn i arwain y gludiog thermol. Yn gyffredinol, darperir ymwrthedd thermol gan y cyflenwr gludiog dargludol thermol; Mae SA yn cyfeirio at y gwrthiant thermol o'r sinc gwres i'r amgylchedd, a roddir yn gyffredinol gan y gwneuthurwr sinc gwres. Mae'r gwrthiant thermol hwn yn gostwng gyda chynnydd cyflymder y gwynt, a'r gwneuthurwr fel arfer Rhoddir gwerthoedd gwrthiant thermol ar wahanol gyflymder gwynt.
Mae pecyn y sglodion ei hun yn gweithredu fel sinc gwres. Os nad oes gan y sglodion sinc gwres, JA yw ymwrthedd thermol y sglodion silicon i'r amgylchedd ar ôl cael ei becynnu. Mae'r gwerth hwn yn amlwg yn fwy na'r gwerth JA gyda sinc gwres. Mae'r gwerth hwn yn dibynnu ar nodweddion pecyn y sglodion ei hun, ac fe'i darperir yn gyffredinol gan y gwneuthurwr sglodion.
Mae'r ffigur isod yn dangos ymwrthedd thermol y pecyn ar gyfer dyfais STRATIX IV ALTERA. Mae'n rhoi gwerth JA y sglodyn ar gyflymder gwynt amrywiol, a gellir defnyddio'r gwerthoedd hyn i gyfrifo'r sefyllfa heb sinc gwres. Yn ogystal, defnyddir JC i gyfrifo cyfanswm gwerth JA gyda sinc gwres.

Ymwrthedd Thermol Pecynnau Dyfais Stratix iv
Gan dybio mai'r pŵer a ddefnyddir gan y sglodyn silicon yw P, yna:
TJ(tymheredd cyffordd)=TA a P*JA
Mae angen bodloni na all TJ fod yn uwch na'r tymheredd cyffordd uchaf a ganiateir gan y sglodion, ac yna cyfrifo'r gofyniad uchaf a ganiateir ar gyfer JA yn ôl y tymheredd amgylchynol a'r pŵer gwirioneddol a ddefnyddir gan y sglodion.
JAMax=(TJMax - TA)/P TA(tymheredd amgylchynol)
Os yw JA y pecyn sglodion ei hun yn fwy na'r gwerth hwn, mae angen ystyried ychwanegu dyfais afradu gwres addas i'r sglodion i leihau'r gwerth JA effeithiol o'r sglodion i'r amgylchedd ac atal y sglodion rhag gorboethi.
Mewn system wirioneddol, bydd rhan o'r gwres hefyd yn diflannu o'r PCB. Os oes gan y PCB lawer o haenau ac arwynebedd mawr, mae hefyd yn ffafriol iawn i afradu gwres.