Debat sobre els conceptes de dissipació de calor d'encenall i generació de calor
Aquest article tracta principalment els conceptes de dissipació/escalfament de la calor del xip, resistència tèrmica, augment de temperatura i disseny tèrmic.
Escalfament i pèrdua de xips
La pèrdua de potència del xip, d'una banda, es refereix a la diferència entre la potència efectiva d'entrada i la potència de sortida, que s'anomena potència dissipada. Aquesta part de la pèrdua es convertirà en alliberament de calor. La generació de calor no és una bona cosa i reduirà la fiabilitat dels components i equips. Danyarà greument el xip.
Potència de dissipació, hi haurà aquest paràmetre a l'SPEC d'alguns xips, que es refereix a la dissipació de potència màxima permesa, la dissipació d'energia i la calor corresponen, com més gran sigui la dissipació de potència admissible, la temperatura de la unió corresponent també serà més gran.
D'altra banda, el consum d'energia del xip es refereix a la quantitat d'energia consumida pels equips elèctrics per unitat de temps, i la unitat és W, com ara un aire condicionat de 2000 W, etc.
Resistència tèrmica i augment de temperatura
Tots coneixem una dita: la neu no refreda i la neu es refreda. Aquest és un procés físic. La nevada és un procés de desublimació i exotermia, i la fusió de la neu és un procés de fusió i absorció de calor. L'augment de temperatura del xip és relatiu a la temperatura ambient (25 graus), de manera que cal esmentar el concepte de resistència tèrmica.
La resistència tèrmica es refereix a la relació entre la diferència de temperatura als dos extrems de l'objecte i la potència de la font de calor quan es transmet calor a l'objecte, i la unitat és de grau /W o K/W. Com es mostra a la figura següent, quan un xip es solda a una PCB, hi ha tres camins principals de dissipació de calor per al xip, corresponents a tres resistències tèrmiques.
1. La resistència tèrmica des de l'interior del xip fins a la carcassa i els pins: el xip és fix i no es pot canviar.
2. La resistència tèrmica dels pins del xip a la placa PCB, determinada per una bona soldadura i una placa PCB.
3. La resistència tèrmica de la caixa del xip a l'aire, determinada pel dissipador de calor i l'espai perifèric del xip. Paràmetres de resistència tèrmica del xip de semiconductors
Ta és la temperatura ambient, Tc és la temperatura superficial del cas i Tj és la temperatura de la unió. Θja: Resistència tèrmica entre la temperatura d'unió (Tj) i la temperatura ambient (Ta). Θjc: Resistència tèrmica entre la temperatura de la unió (Tj) i la temperatura de la superfície de la caixa (Tc). Θca: Resistència tèrmica entre la temperatura superficial de la caixa (Tc) i la temperatura ambient (Ta).
La fórmula de càlcul de la resistència tèrmica és: Θja=(Tj-Ta)/Pd → Tj=Ta més Θja*Pd on Θja*Pd és l'augment de temperatura, que també es pot anomenar poder calorífic .
1. En condicions de resistència tèrmica constant, com més petit sigui el consum d'energia Pd, més baixa serà la temperatura.
2. En el cas d'un cert consum d'energia, com més petita sigui la resistència tèrmica, millor, i com menor sigui la resistència tèrmica, millor serà la dissipació de la calor.
Errors de càlcul de la temperatura d'unió
Molta gent utilitza aquesta fórmula per calcular la temperatura de la unió: Tj=Ta més Θja*Pd, que s'indica a la documentació de TI, però no és precisa.
El significat general és que Θja és una funció multivariable, que no pot reflectir la situació real del xip soldat al PCB, i té una forta correlació amb el disseny del PCB i la mida del Xip/Pad. A mesura que canvien aquests factors, el valor de Θja també canviarà. Hi ha una gran diferència entre els fabricants de xips que proveen Θja i el nostre ús real, de manera que s'utilitza per calcular la temperatura de la unió i l'error serà gran.
La resistència tèrmica Θja té una forta correlació amb aquests paràmetres
Al mateix temps, utilitzar la fórmula Tj=Tc més Θjc*Pd per mesurar la temperatura Tc de la carcassa del xip amb una càmera d'infrarojos i, a continuació, calcular Tj no és gaire precís. El Θja i el Θjc donats pel fabricant poden ser més per a nosaltres per avaluar el rendiment tèrmic del xip i comparar-lo amb altres xips.
En els paràmetres d'alguns xips, hi haurà ΨJT i ΨJB. Aquests dos paràmetres no són una resistència tèrmica real. El mètode utilitzat pels fabricants de xips per provar ΨJT i ΨJB és molt proper a l'entorn d'aplicació del dispositiu real, de manera que es pot utilitzar per estimar la temperatura de la unió. També és adoptat per la indústria, i es pot veure que aquests dos paràmetres són més petits que Θja i Θjc, de manera que amb el mateix consum d'energia, la temperatura de la unió calculada per Θja és superior a la temperatura real.
ΨJT es refereix a la unió a la part superior del paquet, el paràmetre de la unió a la carcassa del paquet, la fórmula de càlcul és Tj=Tc més ΨJT*Pd, Tc és la temperatura de la carcassa del xip. ΨJB, es refereix als paràmetres de la unió a la placa, la unió a la placa PCB, la fórmula de càlcul és: Tj=Tb més ΨJB*Pd, Tb és la temperatura de la placa PCB.
ΨJT i ΨJB es poden utilitzar per calcular la temperatura de la unió
Disseny tèrmic
El disseny tèrmic és el mateix que el problema EMC, el millor és resoldre'l en una fase inicial, en cas contrari, la rectificació posterior serà molt problemàtica. En l'etapa inicial del disseny, es tenen en compte l'estructura, l'apilament de PCB, la disposició, la decoració, etc., i els materials de dissipació de calor es consideren en la fase posterior.
