চিপ তাপ অপচয় এবং তাপ উৎপাদনের ধারণা নিয়ে আলোচনা

    এই নিবন্ধটি প্রধানত চিপ তাপ অপচয়/তাপীকরণ, তাপ প্রতিরোধক, তাপমাত্রা বৃদ্ধি এবং তাপ নকশার ধারণা নিয়ে আলোচনা করে।

চিপ গরম এবং ক্ষতি

চিপের পাওয়ার লস, একদিকে, কার্যকর ইনপুট পাওয়ার এবং আউটপুট পাওয়ারের মধ্যে পার্থক্য বোঝায়, যাকে বলা হয় বিচ্ছিন্ন শক্তি। ক্ষতির এই অংশটি তাপ মুক্তিতে রূপান্তরিত হবে। তাপ উত্পাদন একটি ভাল জিনিস নয়, এবং এটি উপাদান এবং সরঞ্জাম নির্ভরযোগ্যতা হ্রাস করবে। এটি চিপকে মারাত্মকভাবে ক্ষতিগ্রস্ত করবে।

অপসারণ শক্তি, কিছু চিপগুলির SPEC-এ এই পরামিতি থাকবে, যা সর্বাধিক অনুমোদিত শক্তি অপচয়কে বোঝায়, শক্তি অপচয় এবং তাপ সংশ্লিষ্ট, বৃহত্তর অনুমোদিত শক্তি অপচয়, সংশ্লিষ্ট জংশন তাপমাত্রাও বড় হবে।

অন্যদিকে, চিপ পাওয়ার খরচ বলতে প্রতি ইউনিট সময় বৈদ্যুতিক সরঞ্জাম দ্বারা ব্যবহৃত শক্তির পরিমাণ বোঝায় এবং ইউনিটটি হল W, যেমন 2000W এর একটি এয়ার কন্ডিশনার ইত্যাদি।

তাপীয় প্রতিরোধ এবং তাপমাত্রা বৃদ্ধি

আমরা সবাই একটি কথা জানি: তুষার শীতল হয় না এবং তুষার ঠান্ডা হয়ে যায়। এটি একটি শারীরিক প্রক্রিয়া। তুষারপাত হল ডিসবিলাইমেশন এবং এক্সোথার্মের একটি প্রক্রিয়া এবং বরফ গলে যাওয়া হল তাপ গলানোর এবং শোষণ করার একটি প্রক্রিয়া। চিপের তাপমাত্রা বৃদ্ধি পরিবেষ্টিত তাপমাত্রার (25 ডিগ্রি) সাথে আপেক্ষিক, তাই তাপীয় প্রতিরোধের ধারণাটি উল্লেখ করতে হবে।

তাপীয় প্রতিরোধ বলতে বস্তুর উভয় প্রান্তে তাপমাত্রার পার্থক্য এবং বস্তুর উপর তাপ সঞ্চারিত হলে তাপ উৎসের শক্তির মধ্যে অনুপাতকে বোঝায় এবং ইউনিটটি ডিগ্রী /W বা K/W। নীচের চিত্রে দেখানো হয়েছে, যখন একটি পিসিবিতে একটি চিপ সোল্ডার করা হয়, তখন চিপের জন্য তিনটি প্রধান তাপ অপচয়ের পথ থাকে, যা তিনটি তাপীয় প্রতিরোধের সাথে সম্পর্কিত।

1. চিপের ভিতর থেকে শেল এবং পিনের তাপীয় প্রতিরোধ - চিপটি স্থির এবং পরিবর্তন করা যায় না।

2. চিপ পিন থেকে PCB বোর্ডের তাপীয় প্রতিরোধ - ভাল সোল্ডারিং এবং PCB বোর্ড দ্বারা নির্ধারিত।

3. চিপ কেস থেকে বাতাসে তাপীয় প্রতিরোধ - তাপ সিঙ্ক এবং চিপের পেরিফেরাল স্পেস দ্বারা নির্ধারিত হয়। অর্ধপরিবাহী চিপ তাপ প্রতিরোধের পরামিতি

Ta হল পরিবেষ্টিত তাপমাত্রা, Tc হল কেস পৃষ্ঠের তাপমাত্রা এবং Tj হল জংশন তাপমাত্রা। Θja: জংশন তাপমাত্রা (Tj) এবং পরিবেষ্টিত তাপমাত্রা (Ta) এর মধ্যে তাপীয় প্রতিরোধ। Θjc: জংশন তাপমাত্রা (Tj) এবং কেস পৃষ্ঠের তাপমাত্রা (Tc) এর মধ্যে তাপীয় প্রতিরোধ। Θca: কেস পৃষ্ঠের তাপমাত্রা (Tc) এবং পরিবেষ্টিত তাপমাত্রা (Ta) এর মধ্যে তাপীয় প্রতিরোধ।

তাপীয় প্রতিরোধের গণনা সূত্র হল: Θja=(Tj-Ta)/Pd → Tj=Ta প্লাস Θja*Pd যেখানে Θja*Pd হল তাপমাত্রা বৃদ্ধি, যাকে ক্যালোরিফিক মানও বলা যেতে পারে .

1. ধ্রুব তাপ প্রতিরোধের শর্তে, শক্তি খরচ Pd যত কম হবে, তাপমাত্রা তত কম হবে।

2. একটি নির্দিষ্ট বিদ্যুতের খরচের ক্ষেত্রে, তাপীয় প্রতিরোধের পরিমাণ যত কম হবে, তত ভাল এবং তাপ প্রতিরোধ ক্ষমতা যত কম হবে, তাপ অপচয় তত ভাল হবে।

জংশন তাপমাত্রা গণনা ত্রুটি

অনেকেই জংশন তাপমাত্রা গণনা করার জন্য এই সূত্রটি ব্যবহার করেন: Tj=Ta plus Θja*Pd, যা টিআই-এর ডকুমেন্টেশনে বলা হয়েছে, কিন্তু এটি সঠিক নয়।

সাধারণ অর্থ হল যে Θja হল একটি মাল্টি-ভেরিয়েবল ফাংশন, যা PCB-তে সোল্ডার করা চিপের বাস্তব পরিস্থিতি প্রতিফলিত করতে পারে না এবং PCB-এর নকশা এবং চিপ/প্যাডের আকারের সাথে একটি দৃঢ় সম্পর্ক রয়েছে। এই কারণগুলির পরিবর্তনের সাথে সাথে Θja এর মানও পরিবর্তিত হবে। চিপ নির্মাতারা Θja পরীক্ষা করে এবং আমাদের প্রকৃত ব্যবহারের মধ্যে একটি বড় পার্থক্য রয়েছে, তাই এটি জংশন তাপমাত্রা গণনা করতে ব্যবহৃত হয় এবং ত্রুটিটি বড় হবে।

এই পরামিতিগুলির সাথে তাপীয় প্রতিরোধের Θja এর একটি শক্তিশালী সম্পর্ক রয়েছে

একই সময়ে, একটি ইনফ্রারেড ক্যামেরা দিয়ে চিপ শেলের তাপমাত্রা Tc পরিমাপ করতে Tj=Tc প্লাস Θjc*Pd সূত্র ব্যবহার করে এবং তারপর Tj গণনা করা খুব একটা সঠিক নয়। প্রস্তুতকারকের দেওয়া Θja এবং Θjc চিপের তাপীয় কার্যকারিতা মূল্যায়ন এবং অন্যান্য চিপের সাথে তুলনা করার জন্য আমাদের জন্য আরও বেশি হতে পারে।

কিছু চিপের প্যারামিটারে, ΨJT এবং ΨJB থাকবে। এই দুটি পরামিতি বাস্তব তাপ প্রতিরোধের নয়। ΨJT এবং ΨJB পরীক্ষা করার জন্য চিপ নির্মাতাদের দ্বারা ব্যবহৃত পদ্ধতিটি প্রকৃত ডিভাইসের প্রয়োগ পরিবেশের খুব কাছাকাছি, তাই এটি জংশন তাপমাত্রা অনুমান করতে ব্যবহার করা যেতে পারে। এটি শিল্প দ্বারাও গৃহীত হয়, এবং এটি দেখা যায় যে এই দুটি পরামিতি Θja এবং Θjc-এর চেয়ে ছোট, তাই একই শক্তি খরচের অধীনে, Θja দ্বারা গণনা করা জংশন তাপমাত্রা প্রকৃত তাপমাত্রার চেয়ে বেশি।

ΨJT বলতে বোঝায় জংশন থেকে টপ অব প্যাকেজ, জংশন থেকে প্যাকেজ শেল পর্যন্ত প্যারামিটার, গণনার সূত্র হল Tj=Tc প্লাস ΨJT*Pd, Tc হল চিপ শেল তাপমাত্রা। ΨJB, জংশন থেকে বোর্ড, PCB বোর্ডের প্যারামিটারের সাথে সংযোগকে বোঝায়, গণনার সূত্র হল: Tj=Tb প্লাস ΨJB*Pd, Tb হল PCB বোর্ডের তাপমাত্রা।

জংশন তাপমাত্রা গণনা করতে ΨJT এবং ΨJB ব্যবহার করা যেতে পারে

তাপ নকশা

তাপীয় নকশাটি EMC সমস্যার মতোই, প্রাথমিক পর্যায়ে এটি সমাধান করা ভাল, অন্যথায় পরবর্তী সংশোধন করা খুব সমস্যাযুক্ত হবে। নকশার প্রাথমিক পর্যায়ে, কাঠামো, PCB স্ট্যাকিং, বিন্যাস, সাজসজ্জা ইত্যাদি বিবেচনা করা হয় এবং পরবর্তী পর্যায়ে তাপ অপচয়ের উপকরণগুলি বিবেচনা করা হয়।