芯片发热、损耗以及热阻概念 |
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硬件的小伙伴应该都有“烧设备”的经历,芯片摸上去温温的,有的甚至烫手。 所以有些芯片在正常工作时,功耗很大,温度也很高,需要涂散热材料。 今天我们来聊下芯片的散热/发热、热阻、温升、热设计等概念。 1 芯片发热和损耗 芯片的功率损耗,一方面指的是有效输入功率和输出功率的差值,称之为耗散功率,这部分损耗会转化成热量释放,发热并不是一个好东西,会降低部件和设备的可靠性,严重会损坏芯片。 耗散功率,英文为Power Dissipation,某些芯片的SPEC里面会有这个参数,指最大允许耗散功率,耗散功率和热量是相对应的,可允许耗散功率越大,相应的结温也会越大。 另一方面,芯片功耗指的是电器设备在单位时间中所消耗的能源的数量,单位为W,比如空调2000W等等。 2 热阻和温升 我们都知道一句话:下雪不冷化雪冷,这是一个物理过程,下雪是一个凝华放热过程,化雪是一个融化吸热过程。 芯片的温升是相对于环境温度(25℃)来说的,所以不得不提热阻的概念。 热阻,英文Thermal Resistance,指的是当有热量在物体上传输时,在物体两端温度差与热源的功率之间的比值,单位是℃/W或者是K/W。 如下图所示,将一个芯片焊接在PCB板上,芯片的散热途径主要有如下三种,对应三种热阻。 芯片内部到外壳和引脚的热阻——芯片固定的,无法改变。 芯片引脚到PCB板的热阻——良好的焊接和PCB板决定。 芯片外壳到空气的热阻——由散热器和芯片外围空间决定。 半导体芯片热阻参数示意 Ta为环境温度,Tc为外壳表面温度,Tj为结温。 Θja:结温(Tj)与环境温度(Ta)之间的热阻。 Θjc:结温(Tj)与外壳表面温度(Tc)之间的热阻。 Θca:外壳表面温度(Tc)与环境温度(Ta)之间的热阻。 热阻的计算公式为: Θja =(Tj-Ta)/Pd →Tj=Ta+Θja*Pd 其中Θja*Pd为温升,也可以称之为发热量 在热阻一定的情况下,功耗Pd越小,温度越低。 在功耗一定的情况下,热阻越小越好,热阻越小代表散热越好。 1 结温计算误区 很多人计算结温用这个公式:Tj=Ta+Θja*Pd,以TI的文档为例,在文档中有说明,其实并不准确。 大致意思就是Θja是一个多变量函数,不能反应芯片焊接在PCB板上的真实情况,和PCB的设计、Chip/Pad的大小有强相关性,随着这些因素的改变,Θja值也会改变,芯片厂家在测试Θja时和我们实际使用情况有较大差别,所以用来计算结温,误差会很大。 热阻Θja和这些参数有强相关性 同时使用Tj=Tc+Θjc*Pd这个公式,用红外摄像机测量出芯片外壳温度Tc,然后算出Tj也是不太准确的。 厂家给出Θja和Θjc可能更多是让我们评估芯片的热性能如何,用于和其他芯片比较。 在某些芯片的参数中,会有ΨJT和ΨJB,这两个参数不是真正的热阻,芯片厂家在测试ΨJT和ΨJB的方法非常接近实际器件的应用环境,所以可以用它来估算结温,也被业界所采用,而且可以看出,这两个参数是要比Θja和Θjc要小的,所以在同样的功耗下,用Θja计算得出的结温是比实际的温度要偏大的。 ΨJT,指的是Junction to Top of Package,结到封装外壳的参数,计算公式为: Tj=Tc+ΨJT*Pd Tc为芯片外壳温度 ΨJB,指的是Junction to Board,结到PCB板的参数,计算公式为: Tj=Tb+ΨJB*Pd Tb为PCB板的温度 ΨJT和ΨJB可被用来计算结温 原文标题:芯片又烧了?这个误区一定要避免! 文章出处:【微信公众号:EDA365电子论坛】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。 责任编辑:haq 声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉 芯片 芯片 +关注关注 449文章 48892浏览量 413718 pcb pcb +关注关注 4266文章 22634浏览量 390052原文标题:芯片又烧了?这个误区一定要避免! 文章出处:【微信号:eda365wx,微信公众号:EDA365电子论坛】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。 收藏 人收藏扫一扫,分享给好友 复制链接分享 评论发布评论请先 登录 相关推荐 MPS | Driver IC 热阻模型 热阻θ的定义是两点之间的温度差除以对应流经这两点的功率,是一个有实际意义的物理量,θJC,θJB, 通常是由芯片封装决定的,无法改变;θCA, θBA通常是由芯片外围空间大小,空气对流![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() |
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