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产品散热设计总结

更新时间:2019-12-12 14:01:32 大小:815K 上传用户:LxiaoseI查看TA发布的资源 标签:散热设计 下载积分:9分 评价赚积分 (如何评价?) 打赏 收藏 评论(0) 举报

资料介绍

产品散热需求分析,设计参数分析,仿真验证

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Application Report  
ZHCA592 – January 2014  
IC 的热特性-热阻  
刘先锋 Seasat Liu,秦小虎 Xiaohu Qin 肖昕 Jerry Xiao  
North China OEM Team  
摘要  
IC 封装的热特性对 IC 应用和可靠性是非常重要的参数。本文详细描述了标准封装的热特性  
主要参数:热阻(ΘJAΘJCΘCA)等参数。本文就热阻相关标准的发展、物理意义及测量方式  
等相关问题作详细介绍,并提出了在实际系统中热计算和热管理的一些经验方法。希望使  
电子器件及系统设计工程师能明了热阻值的相关原理及应用,以解决器件及系统过热问题。  
目录  
1
2
3
4
5
引言................................................................................................................................................2  
热特性基础 .....................................................................................................................................2  
热阻................................................................................................................................................2  
常用热阻值 .....................................................................................................................................5  
有效散热的经验法.......................................................................................................................6  
5.1 选择合适的封装 ......................................................................................................................6  
5.2 尽可能大面积的 PCB 覆铜 ....................................................................................................... 6  
5.3 增加铜厚度 .............................................................................................................................8  
5.4 用散热焊盘和过孔将多层 PCB ......................................................................................... 8  
5.5 合理的散热结构,不影响散热路径,便于热能的扩.............................................................. 8  
5.6 散热片的合理使用...................................................................................................................9  
5.7 选取合适的截面导热材料 ........................................................................................................ 9  
5.8 机箱散.................................................................................................................................9  
5.9 不要在散热走线上覆阻焊层................................................................................................... 10  
总结..............................................................................................................................................10  
参考文献.......................................................................................................................................10  
6
7
图表  
1.  
2.  
3.  
4.  
5.  
6.  
7.  
8.  
9.  
芯片热阻示意图 .................................................................................................................3  
JESD51 标准芯片热阻测量环境示意图 ............................................................................... 4  
TO-263 热阻模型图............................................................................................................4  
典型的 PCB 扩展热阻模型图 .............................................................................................. 5  
ADS58C48 在不同温度和工作电压下的特性 ....................................................................... 6  
热阻和铜散热区面积的关系................................................................................................ 7  
功耗和铜散热区面积的关系................................................................................................ 7  
ADS62C17 建议过孔方案 ................................................................................................... 8  
BGA 芯片加散热片后热阻示意图 ....................................................................................... 9  
1
ZHCA592  
1 引言  
半导体技术按照摩尔定理不断的发展,集成电路的密度越来越高,尺寸越来越小。所有集成电路  
在工作时都会发热,热量的累积必定导致半导体结点温度的升高,随着结点温度的提高,半导体  
元器件性能将会下降,甚至造成芯片损害。因此每个芯片厂家都会规定其半导元体器件的最大结  
点温度。为了保证元器件的结温低于最大允许温度,经由封装进行的从 IC 自身到周围环境的有效  
散热就至关重要。在普通数字电路中,由于低速电路的功耗较小,在正常的散热条件下,芯片的  
温升不会太大,所以不用考虑芯片的散热问题。而在高速电路中,芯片的功耗较大,在自然条件  
下的散热已经不能保证芯片的结点温度不超过允许工作温度,因此就需要考虑芯片的散热问题,  
使芯片可以工作在正常的温度范围之内。  
2 热特性基础  
在通常条件下,热量的传递通过传导、对流、辐射三种方式进行。传导是通过物体的接触,将热  
流从高温向低温传递,导热率越好的物体则导热性能越好,一般来说金属导热性能最好;对流是  
通过物体的流动将热流带走,液体和气体的流速越快,则带走的热量越多;辐射不需要具体的中  
间媒介,直接将热量发送出去,真空中效果更好。  
热传导的 Fourier 定律 = 휀∁(∆푇)/훿  
热对流的 Newton 定律 = 훼∁(∆푇)  
热辐射的定律:= 5.67−8훽∁(4 ꢀ 푇4)  
其中, , 为导热系数,换热系数和发射率。C 为换热面积。  
3 热阻  
半导体器件热量主要是通过三个路径散发出去:封装顶部到空气,封装底部到电路板和封装引脚  
到电路板。  
电子器件散热中最常用的,也是最重要的一个参数就是热阻(Thermal Resistance)。热阻是描述  
物质热传导特性的一个重要指标。以集成电路为例,热阻是衡量封装将管芯产生的热量传导至电  
路板或周围环境的能力的一个标准和能力。定义如下:  
ꢁ −ꢁ  
JX  
=
公式 1  
热阻值一般常用表示,其中 Tj 为芯片 Die 表面的温度(结温),Tx 为热传导到某目标点位置的  
温度,P 为输入的发热功率。电子设计中,如果电流流过电阻就会产生压差。同理,如果热量流  
经热阻就会产生温差。热阻大表示热不容易传导,因此器件所产生的温度就比较高,由热阻可以  
判断及预测器件的发热状况。通常情况下,芯片的结温升高,芯片的寿命会减少,故障率也增高。  
在温度超过芯片给定的额定最高结温时,芯片就可能会损坏。  
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IC 的热特性-热阻  

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