Discuție asupra conceptelor de disipare a căldurii așchiilor și generare de căldură

    Acest articol discută în principal conceptele de disipare/încălzire a cipurilor, rezistență termică, creștere a temperaturii și proiectare termică.

Încălzirea și pierderea așchiilor

Pierderea de putere a cipului, pe de o parte, se referă la diferența dintre puterea efectivă de intrare și puterea de ieșire, care se numește putere disipată. Această parte a pierderii va fi transformată în degajare de căldură. Generarea de căldură nu este un lucru bun și va reduce fiabilitatea componentelor și echipamentelor. Va deteriora grav cipul.

Puterea de disipare, va exista acest parametru în SPEC-ul unor cipuri, care se referă la puterea de disipare maximă admisă, disiparea puterii și căldura sunt corespunzătoare, cu cât disiparea puterii admisibile este mai mare, temperatura joncțiunii corespunzătoare va fi, de asemenea, mai mare.

Pe de altă parte, consumul de energie cip se referă la cantitatea de energie consumată de echipamentele electrice pe unitatea de timp, iar unitatea este W, cum ar fi un aparat de aer condiționat de 2000W și așa mai departe.

Rezistența termică și creșterea temperaturii

Cu toții știm o vorbă: Zăpada nu se răcește și zăpada se răcește. Acesta este un proces fizic. Ninsoarea este un proces de desublimare și exotermă, iar topirea zăpezii este un proces de topire și absorbție a căldurii. Creșterea temperaturii cipului este relativă la temperatura ambiantă (25 de grade), așa că trebuie menționat conceptul de rezistență termică.

Rezistența termică se referă la raportul dintre diferența de temperatură la ambele capete ale obiectului și puterea sursei de căldură atunci când căldura este transmisă pe obiect, iar unitatea este gradul /W sau K/W. După cum se arată în figura de mai jos, atunci când un cip este lipit pe un PCB, există trei căi principale de disipare a căldurii pentru cip, care corespund la trei rezistențe termice.

1. Rezistența termică din interiorul cipului la carcasă și pini - cip este fix și nu poate fi schimbat.

2. Rezistența termică de la pinii cipului la placa PCB - determinată de o lipire bună și placa PCB.

3. Rezistența termică de la carcasa cip la aer - determinată de radiatorul și spațiul periferic al cipului. Parametrii rezistenței termice ale chipului semiconductor

Ta este temperatura ambiantă, Tc este temperatura suprafeței carcasei și Tj este temperatura joncțiunii. Θja: Rezistența termică între temperatura de joncțiune (Tj) și temperatura ambiantă (Ta). Θjc: Rezistența termică între temperatura joncțiunii (Tj) și temperatura suprafeței carcasei (Tc). Θca: Rezistența termică între temperatura suprafeței carcasei (Tc) și temperatura ambiantă (Ta).

Formula de calcul a rezistenței termice este: Θja=(Tj-Ta)/Pd → Tj=Ta plus Θja*Pd unde Θja*Pd este creșterea temperaturii, care poate fi numită și putere calorică .

1. În condițiile unei rezistențe termice constante, cu cât consumul de energie Pd este mai mic, cu atât temperatura va fi mai mică.

2. În cazul unui anumit consum de energie, cu cât rezistența termică este mai mică, cu atât este mai bună și cu cât rezistența termică este mai mică, cu atât disiparea căldurii este mai bună.

Erori de calcul al temperaturii joncțiunii

Mulți oameni folosesc această formulă pentru a calcula temperatura joncțiunii: Tj=Ta plus Θja*Pd, care este menționată în documentația TI, dar nu este exactă.

Sensul general este că Θja este o funcție cu mai multe variabile, care nu poate reflecta situația reală a cipului lipit pe PCB și are o corelație puternică cu designul PCB-ului și dimensiunea cipului/pad-ului. Pe măsură ce acești factori se modifică, valoarea lui Θja se va schimba și ea. Există o mare diferență între producătorii de cipuri care testează Θja și utilizarea noastră reală, deci este folosit pentru a calcula temperatura joncțiunii, iar eroarea va fi mare.

Rezistența termică Θja are o corelație puternică cu acești parametri

În același timp, folosirea formulei Tj=Tc plus Θjc*Pd pentru a măsura temperatura Tc a carcasei cipului cu o cameră cu infraroșu, iar apoi calcularea Tj nu este foarte precisă. Θja și Θjc date de producător ar putea fi mai mult pentru noi pentru a evalua performanța termică a cipului și a o compara cu alte cipuri.

În parametrii unor cipuri, vor exista ΨJT și ΨJB. Acești doi parametri nu sunt rezistența termică reală. Metoda folosită de producătorii de cipuri pentru a testa ΨJT și ΨJB este foarte apropiată de mediul de aplicare al dispozitivului real, astfel încât poate fi folosită pentru a estima temperatura joncțiunii. Este, de asemenea, adoptat de industrie și se poate observa că acești doi parametri sunt mai mici decât Θja și Θjc, astfel încât la același consum de energie, temperatura joncțiunii calculată de Θja este mai mare decât temperatura reală.

ΨJT se referă la joncțiune la partea de sus a pachetului, parametrul de la joncțiune la învelișul pachetului, formula de calcul este Tj=Tc plus ΨJT*Pd, Tc este temperatura învelișului cipului. ΨJB, se referă la parametrii joncțiune cu placă, joncțiune cu placa PCB, formula de calcul este: Tj=Tb plus ΨJB*Pd, Tb este temperatura plăcii PCB.

ΨJT și ΨJB pot fi utilizate pentru a calcula temperatura joncțiunii

Design termic

Designul termic este același cu problema EMC, cel mai bine este să o rezolvați în stadiu incipient, altfel rectificarea ulterioară va fi foarte supărătoare. În stadiul incipient al proiectării, sunt luate în considerare structura, stivuirea PCB-ului, aspectul, decorarea etc., iar materialele de disipare a căldurii sunt luate în considerare în etapa ulterioară.