Discussie over de concepten van chipwarmtedissipatie en warmteopwekking
Dit artikel bespreekt voornamelijk de concepten van chipwarmtedissipatie/-verwarming, thermische weerstand, temperatuurstijging en thermisch ontwerp.
Chipverwarming en -verlies
Het vermogensverlies van de chip heeft enerzijds betrekking op het verschil tussen het effectieve ingangsvermogen en het uitgangsvermogen, ook wel gedissipeerd vermogen genoemd. Dit deel van het verlies wordt omgezet in warmteafgifte. Warmteopwekking is geen goede zaak en zal de betrouwbaarheid van componenten en apparatuur verminderen. Het zal de chip ernstig beschadigen.
Dissipatievermogen, er zal deze parameter in de SPEC van sommige chips staan, die verwijst naar de maximaal toegestane vermogensdissipatie, vermogensdissipatie en warmte komen overeen, hoe groter de toegestane vermogensdissipatie, de overeenkomstige junctietemperatuur zal ook groter zijn.
Aan de andere kant verwijst het stroomverbruik van de chip naar de hoeveelheid energie die elektrische apparatuur per tijdseenheid verbruikt, en de eenheid is W, zoals een airconditioner van 2000 W enzovoort.
Thermische weerstand en temperatuurstijging
We kennen allemaal een gezegde: sneeuw koelt niet af en sneeuw wordt koud. Dit is een fysiek proces. Sneeuwval is een proces van desublimatie en exotherm, en smeltende sneeuw is een proces van smelten en warmte absorberen. De temperatuurstijging van de chip is relatief ten opzichte van de omgevingstemperatuur (25 graden), dus het concept van thermische weerstand moet worden vermeld.
Thermische weerstand verwijst naar de verhouding tussen het temperatuurverschil aan beide uiteinden van het object en het vermogen van de warmtebron wanneer warmte op het object wordt overgedragen, en de eenheid is graad /W of K/W. Zoals weergegeven in de onderstaande afbeelding zijn er, wanneer een chip op een PCB wordt gesoldeerd, drie hoofdpaden voor warmteafvoer voor de chip, die overeenkomen met drie thermische weerstanden.
1. De thermische weerstand van de binnenkant van de chip tot de schaal en pinnen - de chip staat vast en kan niet worden gewijzigd.
2. De thermische weerstand van de chippennen naar de printplaat - bepaald door goed solderen en printplaat.
3. De thermische weerstand van de chipbehuizing tegen de lucht - bepaald door het koellichaam en de perifere ruimte van de chip. Thermische weerstandsparameters van halfgeleiderchips
Ta is de omgevingstemperatuur, Tc is de oppervlaktetemperatuur van het geval en Tj is de junctietemperatuur. Θja: Thermische weerstand tussen junctietemperatuur (Tj) en omgevingstemperatuur (Ta). Θjc: Thermische weerstand tussen junctietemperatuur (Tj) en oppervlaktetemperatuur van de behuizing (Tc). Θca: Thermische weerstand tussen oppervlaktetemperatuur van de behuizing (Tc) en omgevingstemperatuur (Ta).
De berekeningsformule voor thermische weerstand is: Θja=(Tj-Ta)/Pd → Tj=Ta plus Θja*Pd waarbij Θja*Pd de temperatuurstijging is, ook wel de calorische waarde genoemd .
1. Onder de voorwaarde van constante thermische weerstand: hoe kleiner het energieverbruik Pd is, hoe lager de temperatuur zal zijn.
2. Bij een bepaald stroomverbruik geldt: hoe kleiner de thermische weerstand, hoe beter, en hoe kleiner de thermische weerstand, hoe beter de warmteafvoer.
Fouten bij het berekenen van de junctietemperatuur
Veel mensen gebruiken deze formule om de junctietemperatuur te berekenen: Tj=Ta plus Θja*Pd, die vermeld staat in de documentatie van TI, maar deze is niet nauwkeurig.
De algemene betekenis is dat Θja een multivariabele functie is, die de werkelijke situatie van de chip die op de printplaat is gesoldeerd niet kan weerspiegelen, en een sterke correlatie heeft met het ontwerp van de printplaat en de grootte van de chip/pad. Naarmate deze factoren veranderen, zal de waarde van Θja ook veranderen. Er is een groot verschil tussen chipfabrikanten die Θja testen en ons daadwerkelijke gebruik, dus het wordt gebruikt om de junctietemperatuur te berekenen, en de fout zal groot zijn.
De thermische weerstand Θja heeft een sterke correlatie met deze parameters
Tegelijkertijd is het gebruik van de formule Tj=Tc plus Θjc*Pd om de temperatuur Tc van de chipomhulling te meten met een infraroodcamera, en vervolgens het berekenen van Tj, niet erg nauwkeurig. De door de fabrikant opgegeven Θja en Θjc zijn wellicht meer geschikt voor ons om de thermische prestaties van de chip te evalueren en te vergelijken met andere chips.
In de parameters van sommige chips zullen ΨJT en ΨJB voorkomen. Deze twee parameters zijn geen echte thermische weerstand. De methode die door chipfabrikanten wordt gebruikt om ΨJT en ΨJB te testen, ligt zeer dicht bij de toepassingsomgeving van het eigenlijke apparaat, en kan dus worden gebruikt om de junctietemperatuur te schatten. Het wordt ook door de industrie overgenomen en het is duidelijk dat deze twee parameters kleiner zijn dan Θja en Θjc, dus bij hetzelfde stroomverbruik is de door Θja berekende junctietemperatuur hoger dan de werkelijke temperatuur.
ΨJT verwijst naar verbinding tot bovenkant pakket, de parameter van verbinding tot pakketschil. De berekeningsformule is Tj=Tc plus ΨJT*Pd, Tc is de temperatuur van de chipschil. ΨJB, verwijst naar parameters van verbinding naar bord en verbinding naar printplaat. De berekeningsformule is: Tj=Tb plus ΨJB*Pd, Tb is de temperatuur van de printplaat.
ΨJT en ΨJB kunnen worden gebruikt om de junctietemperatuur te berekenen
Thermisch ontwerp
Het thermische ontwerp is hetzelfde als het EMC-probleem, het is het beste om dit in een vroeg stadium op te lossen, anders zal het later corrigeren erg lastig zijn. In de vroege fase van het ontwerp wordt rekening gehouden met de structuur, de stapeling van de PCB's, de lay-out, de decoratie, enz., en in de latere fase wordt rekening gehouden met de materialen voor warmteafvoer.
