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介绍热特性参数

2021年1月14日,通过史蒂夫asrar

在本文中,我们将讨论另一组热数据,称为热特性参数用希腊字母Psi(Ψ)。

在本系列前面的文章中,我们研究了两个重要的热性能指标的IC方案,junction-to-thermal(或θ_晶澳)和junction-to-case(θ_JC)热电阻。我们还讨论了测试条件测量θ_晶澳和如何设计θ_JC与一个散热器。

在本文中,我们将讨论热电阻不能给我们所有我们需要的热信息。有热数据,另一组叫做热特性参数用希腊字母Psi(Ψ),有时,可以根据应用程序更有用。

热电阻测量的挑战

根据定义,热阻是两个点之间的温度差的热功率除以流从一个点到另一个。热电阻测量并不总是直截了当。在芯片产生的热量可以采用许多不同的热路径流出包到周围环境中。与总芯片功率不同,流过某一路径的热量不容易确定。这使得测量路径的热阻的挑战。

绕过这个问题,我们可以使用一个实验设置,部队几乎100%的热量产生的IC流经热路径。例如,测量junction-to-case热阻,我们使所有系统除了包表面的表面考虑。为θ_JC测试中,这个包表面附加到铜冷板。通过这种方式,我们可以简单地测量结和案例之间的温差除以芯片总功率获得θ_JC。

热电阻不要告诉整个故事

正如上面所讨论的,在特定试验条件下热电阻测量。这些测试条件可能非常不同于我们的设计。一个给定的热阻可以应用到我们的设计只有在其测量过程类似于我们的应用程序环境。例如,如果我们打算使用散热器,θ_JC参数可以给我们一个准确的估计的结温,因为大部分的热量会流出散热片与θ的情况_JC测量。

但是应用程序没有散热片呢?

在这种情况下,生成的热量可以通过许多流可用热路径和θ_JC不会是一个有用的热指标。这就是为什么,除了报告不同的热阻,制造商发现它有利于描述集成电路条件下热力性能类似于典型的应用程序环境。热特性参数,象征着希腊字母的Psi(Ψ),为我们提供这样的热数据。

下面我们将讨论Ψ参数的数学结构,而不是真正的热电阻。

(ΨJunction-to-Top热特性参数_JT)

Ψ_JT结之间的温差,包顶面除以芯片“总功率”。您可能想知道如果这并不等于θ_JC,为我们提供了。与θ_JC,Ψ测试设置_JT测量不限制热功率流只顶面。相反,如下描述,允许热流动通常在所有可用的热路径。

Ψ的_JT测量过程。图片由Richtek。

这测量使用标准板吗?根据JESD51-12指南,“Ψ热特性参数_JT和Ψ_{简森-巴顿}(稍后讨论)由供应商在同一时间和测量在相同的环境中θ_晶澳或θJMA”。然而,似乎一些制造商采用两电平标准的电路板和用户定义的评估(EVBs)Ψ测量。

即使在电平类型董事会特征,Ψ_JT可以给我们一个更精确的估计热力性能的特定于应用程序的。这是因为热流是不受限制和它有一个分区之间不同的路径类似于一个典型的应用程序。

我们如何使用Ψ吗_JT吗?

有Ψ_JT,我们可以获得的结温PCB设备安装在一个应用程序。我们只需要测量温度(T_C)的上表面和中心确定芯片总功率(P_T)。结温度(T_J)现在可以获得:

\ [T_J = T_C + P_T \ \ psi_ {JT} \]

请记住,θ_JC而不是Ψ_JT时应该使用散热片的目的是应用程序。

Ψ_JT不是一个真正的热阻

获得Ψ_JT结和案例之间的温差是除以总芯片功率”。ΨJT测量过程,热量并不局限于只包的表面流动。因此,只有部分的总热功率流从死到包的顶部。

自从Ψ_JT方程将温度三角洲的“总芯片功率”,而不是实际流出的部分的表面,它被认为是一个数学构造而不是一个真正的热阻。这个数学构造允许我们描述热流分区发生在应用程序环境可接受的精度。

因此,这使得它可以准确地估计结温的PCB设备安装在一个应用程序。希腊字母ψ是用于热特性参数明显区别于热电阻用θ的信。

典型Ψ_JT值

Ψ_JT是一个函数的董事会特征和气流条件。Ψ塑料包_JT在自然对流参数是一个相对较低的价值。这与气流速度增加,因为气流强制冷却顶部表面。这就是为什么气流速度与Ψ总是报道_JT如果不是在自然对流来衡量。下表给出了一些典型值。

*表由TI。*
Ψ_{128年典型JT TQFP包}
空气流	1 s PCB	2 s2p PCB
0线性调频	0.7°C / W	0.5°C / W
200年从	1.8°C / W	1.4°C / W

以上的厚度和导热塑料模具模具以及模具尺寸的主要因素影响Ψ_JT价值。对于薄包,自然对流Ψ_JT通常小于1°C / W。厚包或一个很小的死亡会导致更大的Ψ_JT值在2到10°C / W。结合嵌入式热蛞蝓的包,Ψ_JT值可以非常接近于零。

依赖于PCB大小

θ参数可以显著改变与董事会规模。例如,测量θ_晶澳可以改变从100°C / W至30°C / W通过增加板大小从0.5²在9²。然而,Ψ参数,依赖董事会规模会小的多如下描述。这是一个关键优势,允许热特性参数提供一种结温的准确估计。

图片由“透明国际”。

结论

尽管热电阻如θ_晶澳和θ_JC为我们提供一些信息关于IC方案的热力性能,他们可能不适用于许多应用程序的董事会。

补充热热特性参数所提供的信息是用希腊字母Psi(Ψ)。这些实际上是数学结构,而不是真正的热电阻。然而,他们是非常有用的数字,让我们准确地描述热性能的集成电路应用程序。

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