采用散热器设计结-壳热阻

在之前的文章中，我们已经讨论了影响IC封装的热性能的因素，包括连接到环境热阻(θ_贾)(包括最佳测试条件θ_贾),结-壳热阻(θ_JC.)。

在本文中，我们将讨论θ的热设计差异_JC.当存在散热器时。

具有散热器的设计的热性能

如果我们给出了θ_JC.，我们可以评估附着在散热器上的包装的热性能。通过高效的散热器，热流路径将包括三个串的热阻，如下所示：

带有散热器的热电路模型。图片由英特尔。

这里，θ_CS是情况是散热器热阻和θ_SA为散热器到环境的热阻。总结-环境热阻(θ_贾)的值为:

θ_{j，系统}= θ_{j} + θ_{c} + θ_{SA}$$

等式2

θ_CS确定热量可以容易地从封装表面流到散热器的底部。由于包装和散热器表面的不均匀性和不规则性，可以在两个表面之间形成气隙。这种气隙代表了对热流的显着抵抗力，并且应该避免。为了除去这种气隙，将热界面材料（TIM）插入两个表面之间。

没有(左)和有(右)TIM的散热器和集成电路的接口比较。改编的图像使用的礼貌TTS集团

TIMs是一种导热材料，可以增强散热器和封装之间的热耦合。θ_CS是TIM热导率、厚度和扩散面积的函数。计算θ可以用下式_CS从TIM属性:

$ $θ_ {CS} =(\压裂{厚度}{区域})\ * \压裂{1}{电导率}$ $

θ_SA指定从散热器的底部到环境环境的热阻。这可以在散热器数据表中找到。例如，下图显示了AAVID ML26AAG的热阻10°C / W，在每分钟/分钟200英尺的空气速度。

图片由Aavid通过逮老鼠。

例子

假设特定IC的数据表热数据是：

θ_贾= 16°C / W.

θ_JC.= 3°C / W.

假设环境温度和最大结温度分别为50°C和120°C。而且，IC烧伤了10 W。我们是否需要散热器进行此应用？

为了确定是否需要散热器，我们可以使用θ_贾参数由数据表提供：

$ $ T_J = T_A + P \乘以θ_ {JA} = 50 + 10 \ * 16 = 210°C $ $

这超过了预期的最大结温(120°C)。因此，需要一个散热器。应该注意的是，正如前一篇文章所讨论的，制造商测量θ_贾特定测试条件下的参数可能与我们的最终设计和应用数据表θ非常不同_贾一个特定的应用板可能不能给我们一个准确的设计热工性能的评估。然而，技术文件来自几个不同的制造商，例如英特尔和微笑，使用该热度量来获得结温的一阶估计，并确定是否需要散热器。

散热器的最大允许热阻是多少?在T_J和T_一个，我们可以计算最大的结 - 环境热阻θ_{是的,马克斯}为我们的设计：

$ $θ_{是的,max} = \压裂{T_J - T_A} {P} = \压裂{120 - 50}{10}= 7°C / W美元美元

用θ_JC.= 3°C / W和θ_{是的,马克斯}= 7°C/W式2有:

$$θ_{cs} +θ_{sa} = 4°C / w $$

假设a TIM的热阻是θ_CS= 0.4°C/W，有:

$ $θ_ {SA} = 3.6°C / W美元美元

因此，应采用具有3.6°C / W或更好的热阻的散热器。

没有散热器的设计怎么样?

对于没有散热器的设计，不同的技术文档通常给出以下等式：

θ_{JA，系统}= θ_{JC} + θ_{CA}$$

在θ_CA是外壳到环境的热阻。这个方程与θ包有关_JC.对系统的热阻θ_{是的,系统}。

这实际上可以有效的设备与一个金属包，包的温度几乎恒定，有忽略不计的热耦合包和PC板之间。然而，在今天的塑料或陶瓷包装中，包装与板之间存在着明显的耦合，并且在包装上可以观察到很大的温度梯度。这使得θ_CA电路板属性的功能和上述等式可疑。

因此，在实践中，似乎没有一种直接的方法来使用上述方程来评估设计的热性能。在本系列的下一篇文章中，我们将看看另一个常用的热指标结顶热表征参数或ψ_JT.。我们将看到，它可以在特定的应用环境中为我们提供更准确的结温度估计。

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