Diskusija par skaidu siltuma izkliedes un siltuma ģenerēšanas jēdzieniem
Šajā rakstā galvenokārt aplūkoti mikroshēmu siltuma izkliedes/sildīšanas, termiskās pretestības, temperatūras paaugstināšanās un termiskās konstrukcijas jēdzieni.
Šķeldas sildīšana un zudumi
Mikroshēmas jaudas zudums, no vienas puses, attiecas uz atšķirību starp efektīvo ieejas jaudu un izejas jaudu, ko sauc par izkliedēto jaudu. Šī zuduma daļa tiks pārvērsta siltuma izdalīšanā. Siltuma ražošana nav laba lieta, un tā samazinās komponentu un aprīkojuma uzticamību. Tas nopietni sabojās mikroshēmu.
Izkliedes jauda, dažu mikroshēmu SPEC būs šis parametrs, kas attiecas uz maksimālo pieļaujamo jaudas izkliedi, jaudas izkliede un siltums atbilst, jo lielāka ir pieļaujamā jaudas izkliede, arī atbilstošā krustojuma temperatūra būs lielāka.
No otras puses, mikroshēmas jaudas patēriņš attiecas uz elektroiekārtu patērētās enerģijas daudzumu laika vienībā, un vienība ir W, piemēram, gaisa kondicionieris 2000 W un tā tālāk.
Termiskā pretestība un temperatūras paaugstināšanās
Mēs visi zinām teicienu: Sniegs neatdziest un sniegs kļūst auksts. Tas ir fizisks process. Sniegputenis ir desublimācijas un eksotermas process, un sniega kušana ir siltuma kušanas un absorbcijas process. Mikroshēmas temperatūras paaugstināšanās ir saistīta ar apkārtējās vides temperatūru (25 grādi), tāpēc ir jāpiemin termiskās pretestības jēdziens.
Termiskā pretestība attiecas uz attiecību starp temperatūras starpību abos objekta galos un siltuma avota jaudu, kad siltums tiek pārnests uz objektu, un mērvienība ir grāds /W vai K/W. Kā parādīts attēlā zemāk, kad mikroshēma ir pielodēta uz PCB, mikroshēmai ir trīs galvenie siltuma izkliedes ceļi, kas atbilst trim termiskām pretestībām.
1. Termiskā pretestība no mikroshēmas iekšpuses līdz korpusam un tapām - mikroshēma ir fiksēta un to nevar mainīt.
2. Termiskā pretestība no mikroshēmas tapām līdz PCB platei - nosaka laba lodēšana un PCB plate.
3. Termiskā pretestība no mikroshēmas korpusa uz gaisu - nosaka siltuma izlietne un mikroshēmas perifērā telpa. Pusvadītāju mikroshēmas termiskās pretestības parametri
Ta ir apkārtējās vides temperatūra, Tc ir korpusa virsmas temperatūra, un Tj ir savienojuma temperatūra. Θja: termiskā pretestība starp savienojuma temperatūru (Tj) un apkārtējās vides temperatūru (Ta). Θjc: termiskā pretestība starp savienojuma temperatūru (Tj) un korpusa virsmas temperatūru (Tc). Θca: termiskā pretestība starp korpusa virsmas temperatūru (Tc) un apkārtējās vides temperatūru (Ta).
Termiskās pretestības aprēķina formula ir: Θja=(Tj-Ta)/Pd → Tj=Ta plus Θja*Pd kur Θja*Pd ir temperatūras paaugstināšanās, ko var saukt arī par siltumspēju .
1. Pastāvīgas termiskās pretestības apstākļos, jo mazāks ir enerģijas patēriņš Pd, jo zemāka būs temperatūra.
2. Noteikta jaudas patēriņa gadījumā, jo mazāka ir siltuma pretestība, jo labāk, un jo mazāka siltuma pretestība, jo labāka ir siltuma izkliede.
Savienojuma temperatūras aprēķina kļūdas
Daudzi cilvēki izmanto šo formulu, lai aprēķinātu krustojuma temperatūru: Tj=Ta plus Θja*Pd, kas ir norādīta TI dokumentācijā, taču tā nav precīza.
Vispārējā nozīme ir tāda, ka Θja ir vairāku mainīgo funkcija, kas nevar atspoguļot uz PCB pielodētās mikroshēmas reālo situāciju, un tai ir spēcīga korelācija ar PCB dizainu un mikroshēmas/paliktņa izmēru. Mainoties šiem faktoriem, mainīsies arī Θja vērtība. Pastāv liela atšķirība starp mikroshēmu ražotājiem, kas testē Θja, un mūsu faktisko lietojumu, tāpēc to izmanto krustojuma temperatūras aprēķināšanai, un kļūda būs liela.
Siltuma pretestībai Θja ir cieša korelācija ar šiem parametriem
Tajā pašā laikā, izmantojot formulu Tj=Tc plus Θjc*Pd, lai ar infrasarkano kameru izmērītu mikroshēmas apvalka temperatūru Tc, un pēc tam Tj aprēķināšana nav ļoti precīza. Ražotāja norādītie Θja un Θjc var būt vairāk, lai mēs novērtētu mikroshēmas siltuma veiktspēju un salīdzinātu to ar citām mikroshēmām.
Dažu mikroshēmu parametros būs ΨJT un ΨJB. Šie divi parametri nav reāla termiskā pretestība. Metode, ko mikroshēmu ražotāji izmanto, lai pārbaudītu ΨJT un ΨJB, ir ļoti tuva faktiskās ierīces lietojumprogrammas videi, tāpēc to var izmantot, lai novērtētu savienojuma temperatūru. To izmanto arī nozare, un ir redzams, ka šie divi parametri ir mazāki par Θja un Θjc, tāpēc pie tāda paša enerģijas patēriņa savienojuma temperatūra, ko aprēķina Θja, ir augstāka par faktisko temperatūru .
ΨJT attiecas uz Junction to Top of Package, parametrs no savienojuma līdz pakotnes apvalkam, aprēķina formula ir Tj=Tc plus ΨJT*Pd, Tc ir mikroshēmas apvalka temperatūra. ΨJB, attiecas uz savienojuma ar plati, savienojumu ar PCB plates parametriem, aprēķina formula ir: Tj=Tb plus ΨJB*Pd, Tb ir PCB plates temperatūra.
Lai aprēķinātu savienojuma temperatūru, var izmantot ΨJT un ΨJB
Termiskais dizains
Siltuma dizains ir tāds pats kā EMC problēmai, vislabāk to atrisināt agrīnā stadijā, pretējā gadījumā vēlākā labošana būs ļoti apgrūtinoša. Projektēšanas sākumposmā tiek apsvērta struktūra, PCB sakraušana, izkārtojums, apdare utt., bet vēlākā posmā tiek ņemti vērā siltuma izkliedes materiāli.
