Rasprava o konceptima disipacije topline čipa i stvaranja topline

    Ovaj članak uglavnom govori o konceptima rasipanja/grijanja topline čipa, toplinskog otpora, porasta temperature i toplinskog dizajna.

Grijanje i gubitak strugotine

Gubitak snage čipa, s jedne strane, odnosi se na razliku između efektivne ulazne i izlazne snage, koja se naziva disipirana snaga. Ovaj dio gubitka će se pretvoriti u oslobađanje topline. Proizvodnja topline nije dobra stvar i smanjit će pouzdanost komponenti i opreme. To će ozbiljno oštetiti čip.

Snaga rasipanja, postojat će ovaj parametar u SPEC-u nekih čipova, koji se odnosi na maksimalno dopušteno rasipanje snage, rasipanje snage i toplina odgovaraju, što je veće dopušteno rasipanje snage, odgovarajuća temperatura spoja također će biti veća.

S druge strane, potrošnja energije čipa odnosi se na količinu energije koju troši električna oprema po jedinici vremena, a jedinica je W, kao što je klima uređaj od 2000 W i tako dalje.

Toplinska otpornost i porast temperature

Svi znamo izreku: Snijeg ne hladi, a snijeg hladi. Ovo je fizički proces. Padanje snijega je proces desublimacije i egzoterme, a topljenje snijega je proces topljenja i apsorpcije topline. Porast temperature čipa je relativan u odnosu na temperaturu okoline (25 stupnjeva), tako da se mora spomenuti koncept toplinske otpornosti.

Toplinski otpor odnosi se na omjer između temperaturne razlike na oba kraja objekta i snage izvora topline kada se toplina prenosi na objekt, a jedinica je stupanj /W ili K/W. Kao što je prikazano na donjoj slici, kada je čip zalemljen na PCB, postoje tri glavne staze rasipanja topline za čip, što odgovara trima toplinskim otporima.

1. Toplinski otpor unutarnje strane čipa do ljuske i pinova - čip je fiksan i ne može se mijenjati.

2. Toplinski otpor od pinova čipa do PCB ploče - određen dobrim lemljenjem i PCB pločom.

3. Toplinski otpor između kućišta čipa i zraka - određen hladnjakom i perifernim prostorom čipa. Parametri toplinske otpornosti poluvodičkog čipa

Ta je temperatura okoline, Tc je temperatura površine kućišta, a Tj je temperatura spoja. Θja: Toplinski otpor između temperature spoja (Tj) i temperature okoline (Ta). Θjc: Toplinski otpor između temperature spoja (Tj) i temperature površine kućišta (Tc). Θca: Toplinski otpor između temperature površine kućišta (Tc) i temperature okoline (Ta).

Formula za izračun toplinske otpornosti je: Θja=(Tj-Ta)/Pd → Tj=Ta plus Θja*Pd gdje je Θja*Pd porast temperature, koji se također može nazvati kalorijskom vrijednošću .

1. U uvjetima konstantnog toplinskog otpora, što je manja potrošnja energije Pd, niža će biti temperatura.

2. U slučaju određene potrošnje energije, što je toplinski otpor manji, to bolje, a što je toplinski otpor manji, to je bolje odvođenje topline.

Pogreške u proračunu temperature spoja

Mnogi ljudi koriste ovu formulu za izračunavanje temperature spoja: Tj=Ta plus Θja*Pd, koja je navedena u dokumentaciji TI-ja, ali nije točna.

Općenito je značenje da je Θja funkcija s više varijabli, koja ne može odražavati stvarnu situaciju čipa zalemljenog na PCB-u i ima jaku korelaciju s dizajnom PCB-a i veličinom čipa/podloge. Kako se ti faktori mijenjaju, tako će se mijenjati i vrijednost Θja. Postoji velika razlika između testiranja proizvođača čipova Θja i naše stvarne upotrebe, pa se koristi za izračun temperature spoja, a pogreška će biti velika.

Toplinski otpor Θja ima jaku korelaciju s ovim parametrima

U isto vrijeme, korištenje formule Tj=Tc plus Θjc*Pd za mjerenje temperature Tc ljuske čipa infracrvenom kamerom, a zatim izračunavanje Tj nije baš točno. Θja i Θjc koje navodi proizvođač mogu nam biti više za procjenu toplinske izvedbe čipa i njegovu usporedbu s drugim čipovima.

U parametrima nekih čipova bit će ΨJT i ΨJB. Ova dva parametra nisu pravi toplinski otpor. Metoda koju koriste proizvođači čipova za testiranje ΨJT i ΨJB vrlo je bliska primjeni okoline stvarnog uređaja, tako da se može koristiti za procjenu temperature spoja. Također ga je usvojila industrija i može se vidjeti da su ova dva parametra manja od Θja i Θjc, tako da je pod istom potrošnjom energije temperatura spoja izračunata pomoću Θja viša od stvarne temperature.

ΨJT se odnosi na spoj do vrha paketa, parametar od spoja do ljuske paketa, formula za izračun je Tj=Tc plus ΨJT*Pd, Tc je temperatura ljuske čipa. ΨJB, odnosi se na parametre spoja na ploču, spoj na PCB ploču, formula za izračun je: Tj=Tb plus ΨJB*Pd, Tb je temperatura PCB ploče.

ΨJT i ΨJB mogu se koristiti za izračunavanje temperature spoja

Toplinski dizajn

Toplinski dizajn je isti kao i EMC problem, najbolje ga je riješiti u ranoj fazi, inače će kasnije ispravljanje biti vrlo problematično. U ranoj fazi dizajna razmatraju se struktura, slaganje PCB-a, raspored, dekoracija itd., a materijali za disipaciju topline razmatraju se u kasnijoj fazi.