標題: 熱阻參數(shù)介紹 [打印本頁]
作者: CChen    時間: 2018-8-11 16:00
標題: 熱阻參數(shù)介紹
    表征封裝器件的熱性能的常見方法是用“熱阻”表示，用希臘字母“θ (theta)”或字母R（本文中用θ）表示。對于半導(dǎo)體器件，熱阻表示在芯片表面耗散的熱量對芯片結(jié)溫的穩(wěn)態(tài)溫度的上升。
    隨著對更小，更快和更高功率器件的持續(xù)工業(yè)趨勢，熱管理變得越來越重要。不僅設(shè)備趨向于小型化，而且安裝在其上的電路板也在縮小。將器件單元盡可能靠近地放置在更小的板上有助于降低整個系統(tǒng)尺寸和成本，并提高電氣性能。這些改善當然很重要，但從熱的角度來看，在減小尺寸的同時提高功率會帶來更多的散熱挑戰(zhàn)。正是這種“功率密度”的提高推動了業(yè)界對熱管理的高度重視。
    為了幫助板級和系統(tǒng)級設(shè)計人員，芯片廠家會產(chǎn)品數(shù)據(jù)表中提供標準化的熱阻數(shù)據(jù)，最常見的是Theta-JA。本文內(nèi)容有助于理解和使用這些熱阻或“theta”。同時還討論了稱為“psi”的幾個熱特性參數(shù)。
      
熱阻的概念：
    表征封裝器件的熱性能的常見方法是用“熱阻”表示，用希臘字母“θ (theta)”或字母R（本文中用θ）表示。對于半導(dǎo)體器件，熱阻表示在芯片表面耗散的熱量對芯片結(jié)溫的穩(wěn)態(tài)溫度的上升。其單位為℃/W。
    最常見的例子是Theta-JA（結(jié)到環(huán)境熱阻），Theta-JC（結(jié)到殼熱阻）和Theta-JB（結(jié)到板熱阻）。當知道參考（即環(huán)境，箱子或板）溫度，功耗以及相關(guān)的θ值時，可以計算結(jié)溫。 Theta-JA通常用于安裝在環(huán)氧基PCB上的部件的自然和強制對流空氣冷卻系統(tǒng)。當封裝具有直接安裝到PCB或散熱器的高導(dǎo)熱封裝時，Theta-JC非常有用。而Theta-JB則適用于與封裝相鄰的板的溫度已知時的應(yīng)用場景。除了這些Theta熱阻之外，psi-JB（結(jié)到板）和psi-JT（結(jié)到頂部）熱特性參數(shù)有時也是比較有用的。對于在板上通電的器件，這些psi信息顯示圖結(jié)溫和電路板溫度或“封裝頂部”溫度之間的相關(guān)性。術(shù)語“psi”用于將它們與“θ”熱阻區(qū)分開，因為θ不是所有的熱實際上在溫度測量點與psi之間流動。 由于這個原因，所以它們不是真正的熱阻，而是熱特性參數(shù)。
相關(guān)術(shù)語

•TJ = 結(jié)溫，℃

•TC = 封裝殼溫，℃

•TB =與封裝相鄰的板溫度，℃

•TT =包裝頂部溫度中心，℃

•TA =環(huán)境空氣溫度，℃

•θJA（Theta-JA）=熱阻結(jié)到環(huán)境溫度，℃/W

•θJC（Theta-JC）=熱阻結(jié)至外殼，℃/W

•θJB（Theta-JB）=熱阻結(jié)對板，℃/ W

•ΨJB（Psi-JB）=結(jié)到板表征參數(shù)，℃/ W

•ΨJT（Psi-JT）=結(jié)到封裝）特性參數(shù)，℃/W

•P =器件消耗的功率，W




定義：θJA=（TJ-TA）/ P

θJA=結(jié)點到環(huán)境的熱阻，℃ / W

TJ =結(jié)點溫度，℃

TA =環(huán)境空氣溫度，℃

P =器件功耗，W

示例：為了確定theta-JA，所需的實驗室測試或模型數(shù)據(jù)是TJ，TA和P.如果TJ = 80℃，TA = 25℃，并且P= 1.0W，則：

θJA=（80℃-25℃）/ 1.0W = 55℃/ W。


用法公式：

在θJA，TA和P已知的情況下，則：TJ = TA +（θJA* P）

示例：如果Theta-JA = 55℃ / W，假設(shè)系統(tǒng)中Ta = 35℃，并且穩(wěn)態(tài)功率的器件是P = 0.6W，則：TJ = 35℃+（55℃/ W * 0.6W）= 68℃

θJA的要點：

•表示熱流通過發(fā)熱結(jié)和環(huán)境空氣之間的路徑的難易程度。

•θJA主要用于一個封裝器件與另一個封裝器件的性能比較。

•較低的值表示更好的性能。

•由于θJA高度依賴于電路板設(shè)計，因此測試時必須基于使用標準化的測試板。

θJA參數(shù)的應(yīng)用

可以認為，在標準化測試中θJA表現(xiàn)更好的設(shè)備，在類似設(shè)計的實際系統(tǒng)中也將表現(xiàn)更好。這有助于選擇組件或封裝設(shè)計，但是當將供應(yīng)商的標準化數(shù)據(jù)參數(shù)擴展到終端應(yīng)用時，請務(wù)必記住，它們是基于特定的測試條件的。

但是不能認為將θja值（對于標準測試板上的單個器件）用于預(yù)測器件在最終應(yīng)用板上的溫度上升。真實性能將受到很多實際因素的影響。


定義：θJC=（TJ-TC ）/ P

θJC=結(jié)至外殼的熱阻，℃/ W

TJ =結(jié)點溫度，℃

TC = 殼溫，℃

P =器件功耗，W

應(yīng)用公式：

在θJC，TC和P已知的情況下，則：TJ = TC +（θJC* P）

θJC的要點：

•表示在發(fā)熱結(jié)與封裝頂部或底部之間熱量的傳遞能力。

•測量時將封裝頂部或底部表面安裝到散熱片上。如果未明顯指出位置，應(yīng)說明測試時所應(yīng)用的表面。

•θJC值適用于：

- 一個封裝器件的性能比較（較低的值表示較好的性能）。

- TJ的計算。

- 計算整體熱阻

θJC作為熱阻的一部分，一般與下面參數(shù)有關(guān)：

- 頂部或底部安裝到外部散熱器的塑料封裝。

- 帶底部電極墊的塑料封裝，焊接到熱增強型PCB。

- 安裝在外部散熱器上的陶瓷和金屬外殼封裝。

•主要取決于θJC熱流路徑中器件材料的厚度，面積和導(dǎo)熱系數(shù)。


定義：θJB=（TJ-TB） / P

θ
JB=結(jié)到板的熱阻，℃ / W

TJ =結(jié)點溫度，℃

TB =
與封裝相鄰的板溫度，℃

P =器件消耗的功率，W

應(yīng)用公式：

在θ
JB，TB和P已知的情況下，則：TJ = TB +（θJB* P）

θ
JB的要點：

•數(shù)據(jù)表θ
JB值適用于：

-
一個封裝設(shè)備與另一個封裝設(shè)備的性能比較。

-
應(yīng)用PCB上的器件的TJ上升高于Tb的計算。

-
計算整體熱阻


定義：Ψ
JB=（TJ-TB）/ P

Ψ
JB（Psi-JB）=結(jié)到板表征參數(shù)，℃ / W

TJ =結(jié)點溫度，℃

TB =與封裝相鄰的板溫度，℃

P =器件消耗的功率，W

用途：了解Ψ
JB，獲得在應(yīng)用PCB上通電的器件的TJ：

1
）在一側(cè)中心的銅跡線上測量封裝邊緣附近的板溫度。

2）確定器件消耗的功率。

3）計算：TJ = TB +（ΨJB* P）

ΨJB的要點：

•特性參數(shù)，而不是“真實”熱阻。

•用于計算應(yīng)用PCB上器件的TJ上升超過TB。

•JESD51-6θJA標準中的可選測試。

•通常使用
1S2P或1S2P + Vias板測量。

Ψ
JB對θJB：

希臘字母“
psi”用于區(qū)分ΨJB和θJB，因為并不是所有的熱量實際上在溫度測量點（即結(jié)點和板）之間流動，類似于θJB。
這是因為Ψ
JB測試的設(shè)置不會像θJB那樣強制所有熱流從板子流過。
因此，Ψ
JB不是“真正的”熱阻。

使用Ψ
JB測試，器件熱量可以從封裝頂部和底面同時散出;
因此Ψ
jb將總是具有比θJB小的值。
然而，事實證明，對于大多數(shù)常見的中小型包裝，這兩個值將是相似的
- 通常在15％內(nèi)。
因此，有時報告Ψ
JB代替θJB。



定義：ΨJT=（TJ-TT）/ P

Ψ
JT（Psi-JT）=結(jié)到（封裝）特性參數(shù)，℃ / W

TJ =結(jié)點溫度，℃

TT =
封裝頂部溫度中心，℃

P =器件功耗，W

用途：了解Ψ
JT，獲得在PCB器件的TJ：

1）測量中心處的Top_of_package溫度。

2）確定器件消耗的功率。

3）計算：TJ = TT +（ΨJT* P）

Ψ
JT的要點：

•熱特性參數(shù)，而不是“真實”熱阻。

•用于計算TJ。

Ψ
JT和θJC：

值得注意的是，Ψ
JT與θJC不同，只有當封裝表面安裝到散熱器上時才適用。
測試方法和結(jié)果值是非常不同的。
事實上，如果在同一封裝上測量Ψ
JT和θJC（在頂表面處），則ΨJT通常將遠小于θJC。
希臘字母“
psi”用于幫助清楚地區(qū)分ΨJT和θJC熱電阻。

在自然對流下，塑料封裝的Ψ
JT通常是相對較低的值。
這意味著
TJ通常只比包裝頂部TT稍熱。
管芯僅通過塑料封裝的薄區(qū)域與頂表面物理分離。
因此，除非頂部被氣流強行冷卻，否則它們之間將有非常小的溫差。較薄型的封裝的自然對流Ψ
JT值通常小于1℃ / W。
并且Ψ
JT值還會因周圍風流速度的變化而發(fā)生變化。



作者: tieq1952    時間: 2018-8-12 13:33
學習了。謝謝分享�。�！
作者: 1418753286    時間: 2018-8-21 10:21
很棒的資料，最近對這些有點疑惑，現(xiàn)在理解多了，謝謝分享




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