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热设计中的结-壳热阻

2020年12月30日通过史蒂夫·阿拉尔

了解设计IC封装和散热器之间的接口的一个重要的热测量。

当在高于额定值的温度下操作时,半导体器件的寿命可以显着减少。因此,应在设备和系统级别仔细评估热性能。

在上一篇文章中,我们检查了结-环境热阻,θ晶澳。我们看到θ晶澳可以用于比较来自不同供应商的包,以及实现特定于应用的设计的热性能

在本文中,我们将看看交叉点到壳体热阻θJC以及如何利用这些数据来评估安装在散热片上的设计的热工性能。

结-壳热阻:θJC

θ.JC指定从结到外壳表面的热阻。为了避免混淆,生产厂家可以将热数据写成θ来指定考虑的表面JC(上)和θJC(机器人)。这两个分别是从结到表壳顶部和底部表面的热电阻。

测量θ的装置JC如下所示。

R的测量θJC(TI对θ的表示JC)。图片由德州仪器公司

测量外壳温度的参考点TC,封装上的最热点通常是封装表面的中心或装置的盖子。

散热器安装在封装表面上,其中TC是要进行测量的,测试卷的其他表面是绝缘的,以减少这些表面的不可控的热损失。散热器为铜冷板,具有循环恒温流体,易吸热。在封装和散热器之间有一层热脂,以耦合两个热。

从T计算结温C和θJC

关键的一点是,上述测量过程确保了几乎所有设备产生的热量都从结流向感兴趣的外壳表面(θ的顶表面)JC(上)和θ的底面JC(机器人)测量)。

在TC和θJC,可以计算结温为:

θ_{JC}$$

方程1

PT为芯片总功率。

值得一提的是θJC(机器人)参数通常用于具有暴露的热焊盘的装置,并指定通过该热焊盘进行的传热。

应用θJC

θ的主要应用JC是评估一个给定封装的热性能时,散热器附在它。采用高效散热器的应用程序类似于上述测量设置,因此可以使用公式1。

安装在热增强PCB上的外露衬垫塑料封装是上述公式可以应用的另一个应用例子。然而,如果没有一个有效的散热片,芯片中产生的热量只有一部分会从封装表面流出。

剩下的60-95%的热量可以通过安装设备的PCB进行对流和辐射(如下图所示)。

图片由在半导体

在这些情况下,我们应该替代pT在等式1中,电源流出包装表面p年代我们不知道。如果我们使用芯片总功率而不是p年代,该方程将给出一个明显高估的结温。

下一个:用散热器设计

在下一篇文章中,我们将把这些信息付诸实践,并讨论如何考虑θJC在设计或没有散热器时。