Дискусия върху концепциите за разсейване на топлината и генериране на топлина от чипове

    Тази статия обсъжда основно понятията за разсейване/нагряване на чип, термично съпротивление, повишаване на температурата и термичен дизайн.

Нагряване и загуба на чип

Загубата на мощност на чипа, от една страна, се отнася до разликата между ефективната входна мощност и изходната мощност, която се нарича разсейвана мощност. Тази част от загубата ще се преобразува в отделяне на топлина. Генерирането на топлина не е добро нещо и ще намали надеждността на компонентите и оборудването. Това ще повреди сериозно чипа.

Мощност на разсейване, ще има този параметър в SPEC на някои чипове, който се отнася до максимално допустимото разсейване на мощността, разсейването на мощността и топлината съответстват, колкото по-голямо е допустимото разсейване на мощността, съответната температура на свързване също ще бъде по-голяма.

От друга страна, консумацията на енергия на чипа се отнася до количеството енергия, консумирано от електрическото оборудване за единица време, а единицата е W, като например климатик от 2000 W и т.н.

Термична устойчивост и повишаване на температурата

Всички знаем една поговорка: Снегът не охлажда, а снегът изстудява. Това е физически процес. Снеговалежът е процес на десублимация и екзотермия, а топенето на снега е процес на топене и абсорбиране на топлина. Повишаването на температурата на чипа е спрямо температурата на околната среда (25 градуса), така че трябва да се спомене понятието термично съпротивление.

Термичното съпротивление се отнася до съотношението между температурната разлика в двата края на обекта и мощността на източника на топлина, когато топлината се предава върху обекта, а единицата е градус /W или K/W. Както е показано на фигурата по-долу, когато чип е запоен върху печатна платка, има три основни пътя на разсейване на топлината за чипа, съответстващи на три топлинни съпротивления.

1. Термичното съпротивление от вътрешността на чипа до черупката и щифтовете - чипът е фиксиран и не може да се променя.

2. Термичното съпротивление от щифтовете на чипа към печатната платка - определя се от добро запояване и печатна платка.

3. Термично съпротивление от корпуса на чипа към въздуха - определя се от радиатора и периферното пространство на чипа. Параметри на термично съпротивление на полупроводников чип

Ta е температурата на околната среда, Tc е температурата на повърхността на корпуса и Tj е температурата на прехода. Θja: Термично съпротивление между температурата на свързване (Tj) и температурата на околната среда (Ta). Θjc: Термично съпротивление между температурата на свързване (Tj) и повърхностната температура на кутията (Tc). Θca: Термично съпротивление между температурата на повърхността на кутията (Tc) и температурата на околната среда (Ta).

Формулата за изчисление на топлинното съпротивление е: Θja=(Tj-Ta)/Pd → Tj=Ta плюс Θja*Pd, където Θja*Pd е повишаването на температурата, което може да се нарече също калорична стойност .

1. При условие на постоянно термично съпротивление, колкото по-малка е консумацията на енергия Pd, толкова по-ниска ще бъде температурата.

2. В случай на определена консумация на енергия, колкото по-малко е топлинното съпротивление, толкова по-добре, и колкото по-малко е топлинното съпротивление, толкова по-добро е разсейването на топлината.

Грешки при изчисляване на температурата на свързване

Много хора използват тази формула за изчисляване на температурата на прехода: Tj=Ta плюс Θja*Pd, която е посочена в документацията на TI, но не е точна.

Общото значение е, че Θja е функция с множество променливи, която не може да отразява реалната ситуация на чипа, запоен върху печатната платка, и има силна корелация с дизайна на печатната платка и размера на чипа/подложката. Тъй като тези фактори се променят, стойността на Θja също ще се променя. Има голяма разлика между производителите на чипове, които тестват Θja, и нашата действителна употреба, така че тя се използва за изчисляване на температурата на свързване и грешката ще бъде голяма.

Термичното съпротивление Θja има силна корелация с тези параметри

В същото време използването на формулата Tj=Tc плюс Θjc*Pd за измерване на температурата Tc на корпуса на чипа с инфрачервена камера и след това изчисляването на Tj не е много точно. Θja и Θjc, дадени от производителя, може да са повече за нас, за да оценим термичните характеристики на чипа и да го сравним с други чипове.

В параметрите на някои чипове ще има ΨJT и ΨJB. Тези два параметъра не са реално термично съпротивление. Методът, използван от производителите на чипове за тестване на ΨJT и ΨJB, е много близък до средата на приложение на действителното устройство, така че може да се използва за оценка на температурата на прехода. Той също е приет от индустрията и може да се види, че тези два параметъра са по-малки от Θja и Θjc, така че при същата консумация на енергия, температурата на прехода, изчислена от Θja, е по-висока от действителната температура.

ΨJT се отнася за връзката към горната част на пакета, параметърът от връзката към корпуса на пакета, формулата за изчисление е Tj=Tc плюс ΨJT*Pd, Tc е температурата на корпуса на чипа. ΨJB, се отнася до параметрите на връзката към платката, връзката към платката на печатната платка, формулата за изчисление е: Tj=Tb плюс ΨJB*Pd, Tb е температурата на платката на печатната платка.

ΨJT и ΨJB могат да се използват за изчисляване на температурата на прехода

Термичен дизайн

Термичният дизайн е същият като проблема с EMC, най-добре е да го решите в ранния етап, в противен случай по-късното отстраняване ще бъде много обезпокоително. В ранния етап на проектирането се разглежда структурата, подреждането на печатни платки, оформлението, декорацията и т.н., а материалите за разсейване на топлината се разглеждат в по-късния етап.