本帖最后由 AppleOrigin 于 2023-5-14 17:03 编辑
在硬件电路系统中，元器件的温升设计是一个大的挑战，尤其是半导体器件。热设计是开发阶段一个重要步骤，为了获得可靠的系统，必须让元器件的工作温度不超过其最高温度的额定值。对于常规的电阻等发热器件，直接使用红外成像仪就能得到其温升数据。但是芯片由于其加工工艺，内部还有更为复杂的结构，直接使用红外成像仪测试的温度，不能真实反应芯片的热特性。因此，在设计阶段，估算半导体器件的结温是非常有必要的步骤。一般在芯片的规格书会有热阻系数和热特性参数两个指标，都是用来评估温度的，但这两个参数是用区别的。 芯片都会定义其结温的工作范围，因此热性能是最重要的考虑热考虑因素之一，温度会限功率等级，也就会限制芯片的最大输出电流能力。器件消耗了功率，就会产生热量，热量在热流路径上遇到的阻力，反映介质或介质间的传热能力的大小，表明了 1W热量所引起的温升大小，单位为℃/W或K/W。用热功耗乘以热阻，即可获得该传热路径上的温升。可以用一个简单的类比来解释热阻的意义，换热量相当于电流，温差相当于电压，则热阻相当于电阻。 结温评估的常用方式，是使用junction到ambient的热阻RθJA乘以芯片的功率，然后加上环境温度：TJ=TA+PD*RθJA 实际应用中，计算得到芯片的功耗PD=1W，RθJA=40.6℃/W，环境温度一般都是室温，会定义为25度，也就很容易计算得到TJ=25+1W*40.6℃/W=65.6℃，看起来结温也不会很高，但是随后用通过温度采集仪测量芯片case表面温度，都达到了70度，这个时候就会怀疑，理论计算的结果是不是准确的？实际上规格书给出的热阻RθJA是基于JESD51-6标准给出的，其目的是提供一个度量标准，用来比较不同封装的相对热性能。但是这个热阻值不仅是对封装的可变函数，而且还是器件所在PCB的设计和布局都有关。热阻RθJA早期应用在具有单一散热方式的器件上比较方便，是带有散热片的晶体管，散热方向和方式都固定，比如下图这种老式的晶体管。 但现在的芯片，基本都是塑封设计，散热方式不再单一，可以通过塑封顶部case散热，也可以通过bottom的金属pad散热，芯片的各个pin也能帮助散热，其次PCB的铜箔面积，铜箔厚度，PCB尺寸大小都会影响散热性能，依然使用热阻*功耗的方式来评估结温就不再准确了。所以现在使用热特性参数ψJB评估结温更准确,ψJB是结到端口的意思，首先使用热电偶在IC封装附近测量温度，然后可计算特定条件下的IC结温。还有一个参数是结到顶部的热参数ψJT，依然使用热电偶，在IC封装顶部测量温度温度，然后可以计算特定条件下的IC结温，也就是TJ=TA+PD*ψJT 当芯片的功耗PD=1W，ψJT=0.5℃/W, 芯片case表面的温度是70度，那么就可以得到芯片结温是TJ=70+1W*0.5℃/W=70.5W。此时计算得到的芯片结温才是更为准确的。 | 
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