Diskusija o konceptima odvođenja topline čipa i stvaranja topline

    Ovaj članak uglavnom raspravlja o konceptima odvođenja topline/zagrijavanja čipa, toplotnog otpora, porasta temperature i termičkog dizajna.

Zagrijavanje i gubitak čipa

Gubitak snage čipa, s jedne strane, odnosi se na razliku između efektivne ulazne i izlazne snage, koja se naziva disipirana snaga. Ovaj dio gubitka će se pretvoriti u oslobađanje topline. Proizvodnja toplote nije dobra stvar, a smanjiće pouzdanost komponenti i opreme. To će ozbiljno oštetiti čip.

Snaga disipacije, postojaće ovaj parametar u SPEC-u nekih čipova, koji se odnosi na maksimalnu dozvoljenu disipaciju snage, disipacija snage i toplota odgovaraju, što je veća dozvoljena disipacija snage, odgovarajuća temperatura spoja će takođe biti veća.

S druge strane, potrošnja energije čipa se odnosi na količinu energije koju troši električna oprema po jedinici vremena, a jedinica je W, kao što je klima uređaj od 2000W i tako dalje.

Toplinska otpornost i porast temperature

Svi znamo za izreku: Snijeg ne hladi, a snijeg postaje hladan. Ovo je fizički proces. Snježne padavine su proces desublimacije i egzotermnosti, a topljenje snijega je proces topljenja i upijanja topline. Porast temperature čipa je u odnosu na temperaturu okoline (25 stepeni), tako da se mora spomenuti koncept termičke otpornosti.

Toplotni otpor se odnosi na omjer između temperaturne razlike na oba kraja objekta i snage izvora topline kada se toplina prenosi na objekt, a jedinica je stepen /W ili K/W. Kao što je prikazano na donjoj slici, kada je čip zalemljen na PCB, postoje tri glavna puta za disipaciju toplote za čip, što odgovara tri termička otpora.

1. Termički otpor od unutrašnjosti čipa prema školjki i iglicama - čip je fiksiran i ne može se mijenjati.

2. Toplotna otpornost od pinova čipa do PCB ploče - određena dobrim lemljenjem i PCB pločicom.

3. Toplotni otpor kućišta čipa na zrak – određen hladnjakom i perifernim prostorom čipa. Parametri termičke otpornosti poluvodičkog čipa

Ta je temperatura okoline, Tc je temperatura površine kućišta, a Tj je temperatura spoja. Θja: Toplotni otpor između temperature spoja (Tj) i temperature okoline (Ta). Θjc: Toplotni otpor između temperature spoja (Tj) i temperature površine kućišta (Tc). Θca: Toplotni otpor između temperature površine kućišta (Tc) i temperature okoline (Ta).

Formula za proračun toplotnog otpora je: Θja=(Tj-Ta)/Pd → Tj=Ta plus Θja*Pd gdje je Θja*Pd porast temperature, što se može nazvati i kalorijskom vrijednošću .

1. Pod uslovom konstantnog toplotnog otpora, što je manja potrošnja energije Pd, to će temperatura biti niža.

2. U slučaju određene potrošnje energije, što je toplinski otpor manji, to je bolji, a što je manji toplinski otpor, to je bolje rasipanje topline.

Greške u proračunu temperature spoja

Mnogi ljudi koriste ovu formulu za izračunavanje temperature spoja: Tj=Ta plus Θja*Pd, koja je navedena u TI dokumentaciji, ali nije tačna.

Općenito značenje je da je Θja multi-varijabilna funkcija, koja ne može odražavati stvarnu situaciju čipa zalemljenog na PCB, i ima jaku korelaciju s dizajnom PCB-a i veličinom čipa/pada. Kako se ovi faktori mijenjaju, mijenjat će se i vrijednost Θja. Postoji velika razlika između proizvođača čipova koji testiraju Θja i naše stvarne upotrebe, tako da se koristi za izračunavanje temperature spoja, a greška će biti velika.

Termički otpor Θja ima jaku korelaciju sa ovim parametrima

Istovremeno, korištenje formule Tj=Tc plus Θjc*Pd za mjerenje temperature Tc školjke čipa pomoću infracrvene kamere, a zatim izračunavanje Tj nije baš precizno. Θja i Θjc koje je dao proizvođač može biti više za nas da procijenimo termičke performanse čipa i uporedimo ga s drugim čipovima.

U parametrima nekih čipova biće ΨJT i ΨJB. Ova dva parametra nisu pravi termički otpor. Metoda koju koriste proizvođači čipova za testiranje ΨJT i ΨJB vrlo je bliska okruženju aplikacije stvarnog uređaja, tako da se može koristiti za procjenu temperature spoja. Usvojen je i u industriji, a vidi se da su ova dva parametra manja od Θja i Θjc, pa je pri istoj potrošnji energije temperatura spoja izračunata sa Θja viša od stvarne temperature .

ΨJT se odnosi na spoj do vrha paketa, parametar od spoja do ljuske paketa, formula za izračunavanje je Tj=Tc plus ΨJT*Pd, Tc je temperatura ljuske čipa. ΨJB, odnosi se na parametre spoja na ploču, spoja na PCB ploču, formula za proračun je: Tj=Tb plus ΨJB*Pd, Tb je temperatura PCB ploče.

ΨJT i ΨJB se mogu koristiti za izračunavanje temperature spoja

Termički dizajn

Termički dizajn je isti kao i EMC problem, najbolje ga je riješiti u ranoj fazi, inače će kasnije ispravljanje biti vrlo problematično. U ranoj fazi projektovanja razmatraju se struktura, slaganje PCB-a, raspored, dekoracija itd., au kasnijoj fazi razmatraju se materijali za odvođenje toplote.