Diskussion om begreppen spånvärmeavledning och värmealstring
Den här artikeln diskuterar huvudsakligen begreppen värmeavledning/uppvärmning av spånet, termiskt motstånd, temperaturökning och termisk design.
Flisuppvärmning och förlust
Chippens effektförlust avser å ena sidan skillnaden mellan den effektiva ineffekten och uteffekten, vilket kallas förbrukad effekt. Denna del av förlusten kommer att omvandlas till värmeavgivning. Värmegenerering är inte bra, och det kommer att minska tillförlitligheten hos komponenter och utrustning. Det kommer att skada chippet allvarligt.
Förlusteffekt, kommer det att finnas denna parameter i SPEC för vissa marker, som hänvisar till den maximala tillåtna effektförlusten, effektförlust och värme motsvarar, ju större den tillåtna effektförlusten är, motsvarande korsningstemperatur kommer också att bli större.
Å andra sidan hänvisar chipenergiförbrukningen till mängden energi som förbrukas av elektrisk utrustning per tidsenhet, och enheten är W, till exempel en luftkonditionering på 2000W och så vidare.
Termiskt motstånd och temperaturökning
Vi känner alla till ett talesätt: Snö kyler inte och snö blir kall. Detta är en fysisk process. Snöfall är en process av desublimering och exoterm, och smältande snö är en process för att smälta och absorbera värme. Temperaturökningen av chipet är i förhållande till omgivningstemperaturen (25 grader), så begreppet termiskt motstånd måste nämnas.
Termiskt motstånd avser förhållandet mellan temperaturskillnaden i objektets båda ändar och värmekällans effekt när värme överförs på objektet, och enheten är grad /W eller K/W. Som visas i figuren nedan, när ett chip löds på ett PCB, finns det tre huvudsakliga värmeavledningsvägar för chipet, motsvarande tre termiska motstånd.
1. Det termiska motståndet från insidan av chipet till skalet och stiften - chippet är fixerat och kan inte ändras.
2. Det termiska motståndet från chipstiften till PCB-kortet - bestäms av bra lödning och PCB-kort.
3. Det termiska motståndet från chiphöljet till luften - bestäms av kylflänsen och chipets perifera utrymme. Parametrar för termisk resistans för halvledarchip
Ta är omgivningstemperaturen, Tc är fallets yttemperatur och Tj är korsningstemperaturen. Θja: Termiskt motstånd mellan korsningstemperatur (Tj) och omgivningstemperatur (Ta). Θjc: Termiskt motstånd mellan kopplingstemperatur (Tj) och höljes yttemperatur (Tc). Θca: Termiskt motstånd mellan höljets yttemperatur (Tc) och omgivningstemperaturen (Ta).
Beräkningsformeln för termisk resistans är: Θja=(Tj-Ta)/Pd → Tj=Ta plus Θja*Pd där Θja*Pd är temperaturökningen, som också kan kallas värmevärdet .
1. Under villkoret med konstant termiskt motstånd, ju mindre strömförbrukningen Pd är, desto lägre blir temperaturen.
2. I fallet med en viss strömförbrukning, ju mindre termisk resistans, desto bättre, och ju mindre termisk resistans, desto bättre värmeavledning.
Korsningstemperaturberäkningsfel
Många använder denna formel för att beräkna korsningstemperaturen: Tj=Ta plus Θja*Pd, vilket anges i TI:s dokumentation, men det är inte korrekt.
Den allmänna innebörden är att Θja är en funktion med flera variabler, som inte kan återspegla den verkliga situationen för chippet som löds på kretskortet, och har en stark korrelation med kretskortets design och storleken på kretsen/dynan. När dessa faktorer ändras kommer värdet på Θja också att ändras. Det är stor skillnad mellan chiptillverkare som testar Θja och vår faktiska användning, så den används för att beräkna korsningstemperaturen, och felet blir stort.
Den termiska resistansen Θja har en stark korrelation med dessa parametrar
Samtidigt använder du formeln Tj=Tc plus Θjc*Pd för att mäta temperaturen Tc på chipskalet med en infraröd kamera, och sedan är det inte särskilt exakt att beräkna Tj. Θja och Θjc som ges av tillverkaren kan vara mer för oss för att utvärdera chipets termiska prestanda och jämföra det med andra chips.
I parametrarna för vissa marker kommer det att finnas ΨJT och ΨJB. Dessa två parametrar är inte verklig termisk resistans. Metoden som används av chiptillverkare för att testa ΨJT och ΨJB ligger mycket nära applikationsmiljön för den faktiska enheten, så den kan användas för att uppskatta korsningstemperaturen. Det antas också av industrin, och det kan ses att dessa två parametrar är mindre än Θja och Θjc, så under samma strömförbrukning är korsningstemperaturen som beräknas av Θja högre än den faktiska temperaturen .
ΨJT hänvisar till Junction to Top of Package, parametern från junction till paketskal, beräkningsformeln är Tj=Tc plus ΨJT*Pd, Tc är chipskalets temperatur. ΨJB, hänvisar till parametrar för koppling till kretskort, koppling till kretskort, beräkningsformeln är: Tj=Tb plus ΨJB*Pd, Tb är temperaturen på kretskortet.
ΨJT och ΨJB kan användas för att beräkna korsningstemperaturen
Termisk design
Den termiska designen är densamma som EMC-problemet, det är bäst att lösa det i ett tidigt skede, annars blir den senare korrigeringen mycket besvärlig. I det tidiga skedet av designen beaktas struktur, PCB-stapling, layout, dekoration etc. och värmeavledningsmaterialen beaktas i det senare skedet.
