PDF《IC 的热特性-热阻》

1 立 方英尺的静止空气中.因此说明书中的数值实际上是一个系统级别的参数. 图2. JESD51 标准芯片热阻测量环境示意图 以TO263 为例,它包括一个标准的 JEDEC 高K板(2S2P)与1盎司内部铜平面和接地平面.该 封装是焊接到一个

2 盎司铜焊盘上.这个底盘是通过导热孔联到

1 盎司接地层.下图的侧视图中 显示出的计算机模型中使用的操作环境. 图3. TO-263 热阻模型图 JESD 是一套完整的标准.具体的标准可以参见相关网站. JESD51: Methodology for the Thermal Measurement of Component Packages (Single Semiconductor Device) JESD51-1: Integrated Circuit Thermal Measurement Method―Electrical Test Method (Single Semiconductor Device) JESD51-2: Integrated Circuit Thermal Test Method Environmental Conditions―Natural Convection (Still Air) JESD51-3: Low Effective Thermal Conductivity Test Board for Leaded Surface Mount Packages JESD51-4: Thermal Test Chip Guideline (Wire Bond Type Chip) JESD51-5: Extension of Thermal Test Board Standards for Packages with Direct Thermal Attachment Mechanisms ZHCA592 IC 的热特性-热阻

5 JESD51-6: Integrated Circuit Thermal Test Method Environmental Conditions―Forced Convection (Moving Air) JESD51-7: High Effective Thermal Conductivity Test Board for Leaded Surface Mount Packages JESD51-8: Integrated Circuit Thermal Test Method Environmental Conditions―Junction-to-Board JESD51-9: Test Boards for Area Array Surface Mount Package Thermal Measurements JESD51-10: Test Boards for Through-Hole Perimeter Leaded Package Thermal Measurements. JEDEC51-12: Guidelines for Reporting and Using Electronic Package Thermal Information.

4 常用热阻值? 为了更好的计算和理解?JA ,一些新的参数不断被引入,?CU 是PCB 板上铜的热阻,?FR4 是典型 FR4 板材 PCB 的热阻,?VIA 是PCB 板上过孔的热阻,?SA 是PCB 板表面到周围空气的热阻.下图 是一个典型的 PCB 扩展热阻模型. 图4. 典型的 PCB 扩展热阻模型图 名称 值(?C/W) 描述 公式 备注 ?CU 71.4 铜平面热阻 ?CU =

1 ??? ? ? ? 单位面积(1cm^2),1 盎司铜厚 度为 0.0035cm,铜的热导率 λ 为4W/(cm*?C).L 为长度,S 为面积 ?FR4 13.9 FR4 板材热阻 ?FR4 =

1 ???4 ? ? ? 单位面积(1cm^2)FR4 厚度 12.6mil,FR4 热导率 λ 为0.0023W/(cm*?C) ?VIA

261 过孔热阻 (12mil) ?VIA =

1 ??? ? ? ?[? ? (? ? ?)2] 过孔高度 65mil,0.5 盎司铜厚 0.00175cm,孔半径 6mil, L 为孔 长度,R 为过孔半径,l 为铜厚度 ?SA

1000 PCB 到空气热 阻?SA =

1 ? ? 单位面积(1cm^2),自然散热, 热导率近似为 0.001W/(cm*?C) ZHCA592

6 IC 的热特性-热阻

5 有效散热的经验法则 散热对芯片而言是非常重要的,下图以 ADS58C48 为例,说明了在不同的温度下,芯片(高速 ADC 为例)的性能会有不同的表现,在高温下性能往往恶化.因此在设计系统时必须高度关注芯 片的工作温度,轻者会影响系统的性能,重者可能会造成芯片损坏. 图5. ADS58C48 在不同温度和工作电压下的特性 5.1 选择合适的封装 从芯片手册上可以知道封装的热阻,然后可根据给定的耗散功率和环境温度估算芯片的工作结温. 我们可以考虑一个简单例子(以ADS58C48 为例),器件的 AVDD 和DRVDD 均为 1.8V,典型供 电电流分别为:290mA 和207mA.最大容许结温为 125°C. 功耗可以表示为:P=V*I=AVDD*Iavdd+DRVDD*Idrvdd=0.522+0.373=0.895W 结温?JA=24°C/W,设备工作在散热不良的密闭空间,环境温度为 75°C.估算结温如下: Tj=75+0.895*24=75+21.8=96.8°C 这个估算温度远远小于最大的结温温度,所以器件不会出现过热问题. 过程看上去很简单,但实际上很复杂.对于具体的 IC,?JA 值与 PCB 板的尺寸、散热方式(风冷 还是自然冷却)、板的层数、每层板的铜的厚度以及芯片周边是否存在别的发热量很高的器件相 关.通常我们可以根据热成像图片做实际热阻计算:比如根据热成像图片得到该器件的最高发热 区域并且读出温度变化,然后根据在该芯片上的电流电压得到它的功耗即可得出实际的热阻参数. 5.2 尽可能大面积的 PCB 覆铜 对提高散热性能来说,PCB 的表层和底层是理想的散热空间.更大的 PCB,其可用于热传导的面 积也就越大,同时也拥有更大灵活性,应在高功耗器件之间留有充分的空间.一般情况下,接地 层铜的面积较大,能为 PCB 散热提供极好的热通路.使用宽的导线甚至铜平面,在远离高功耗器 件的地方布线,可以为散热提供高效的热通路. ZHCA592 IC 的热特性-热阻