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封裝設(shè)計(jì)解惑:如何使用數(shù)據(jù)表中的穩(wěn)態(tài)熱特性參數(shù)

發(fā)布時(shí)間:2023-04-13 來源:安森美 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】在使用數(shù)據(jù)表中的熱特性參數(shù)時(shí),如何做出設(shè)計(jì)決策經(jīng)常存在一定的誤區(qū)。本文將幫助您了解如何解讀數(shù)據(jù)表中的熱參數(shù):包括如何選擇 θ 與 ψ 及其計(jì)算,以及如何以實(shí)用的方式將其應(yīng)用于設(shè)計(jì),這里我們將重點(diǎn)討論在穩(wěn)態(tài)工作條件下的情況。


定義


環(huán)境溫度 TA


所有熱量最終到達(dá)的環(huán)境的溫度,環(huán)境在熱意義上“遠(yuǎn)離”器件。


外殼溫度 TC 


器件外部“殼體”上代表點(diǎn)的溫度;使用任何基于此值的參數(shù)時(shí),代表點(diǎn)的位置必須明確定義。


結(jié)溫 TJ 


 半導(dǎo)體器件內(nèi)部最熱點(diǎn)的溫度。


ψ-JT


1.png


熱特性參數(shù),在結(jié)至外殼頂部 (TT) 之間測量


ψ-Jx


2.png


熱特性參數(shù),在結(jié)至指定位置 (Tx) 之間測量


ψ-xA


3.png


熱特性參數(shù),在指定位置 (Tx) 至環(huán)境之間測量


θ-JA


4.png


器件加外部系統(tǒng)的總熱阻


θ-Jc


5.png


理想情況下,僅器件的熱阻(測量到外殼)


Pd 


器件總功耗


最小焊盤


參考熱測試板,電路板僅有為了安裝器件并向/從器件傳輸電源和信號所需的最少量金屬焊盤和走線;走線實(shí)際上可能有比安裝焊盤本身大得多的面積,而且電路板的總尺寸及其厚度可能與實(shí)際應(yīng)用中使用的明顯不同。這些變量只是使數(shù)據(jù)表中的最小焊盤值在實(shí)際應(yīng)用環(huán)境中用于有限用途的部分變量。


1 英寸焊盤


參考熱測試板,電路板具有標(biāo)稱 1 平方英寸的鍍銅面積,在其中心安裝有封裝;通常,向/從器件傳輸電源和信號所需的額外走線面積只是焊盤的一小部分 (<10%);但對于較大的器件,如 D2pak,實(shí)際散熱器本身可能占到 1 平方英寸的很大一部分,因此對于較大器件而言,最小焊盤與 1 英寸焊盤值之間的差異不像小型器件那么大。銅基板厚度、電路板總尺寸和厚度,可能會(huì)使該值與實(shí)際應(yīng)用中的值顯著不同。這些變量只是使數(shù)據(jù)表中的 1 英寸焊盤值在實(shí)際應(yīng)用環(huán)境中用于有限用途的部分變量。


穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)


所謂“穩(wěn)態(tài)”,指的是這樣的工作條件:每個(gè)相關(guān)器件的功耗已保持足夠長時(shí)間的穩(wěn)定,使得溫度變化不再發(fā)生。從零功率開始,所有溫度最初都處于環(huán)境溫度,突然施加恒定的非零功率將導(dǎo)致溫度單調(diào)升高。因此,最終會(huì)在穩(wěn)態(tài)下達(dá)到最高溫度。穩(wěn)態(tài)熱特性數(shù)據(jù)通常以熱阻或阻抗的具體值的形式提供。此外,也可以提供其他圖表,顯示穩(wěn)態(tài)熱特性通常如何依賴于某些外部條件,例如特定器件的應(yīng)用板上提供了多少散熱金屬。對于多結(jié)器件,也可能存在穩(wěn)態(tài)熱特性的矩陣形式。


θ和ψ數(shù)據(jù)


θ,有時(shí)表示為 Rθ,其值是真正的“熱阻”。也就是說,如果知道兩點(diǎn)的溫度,那么從一點(diǎn)流向另一點(diǎn)的熱量完全由該熱阻決定。反之,如果知道沿該路徑的熱流量,并且知道其熱阻,那么就能預(yù)測此熱流將會(huì)導(dǎo)致的溫差。如果系統(tǒng)中有其他熱路徑,這些熱路徑有自己的特性,它們與我們關(guān)注的特定路徑上發(fā)生的事情無關(guān)。單位通常是 °C/W。


在半導(dǎo)體封裝和器件領(lǐng)域,通常最多有兩個(gè)“真正”的熱阻,即 θ-JA 和 θ-JC,必須仔細(xì)定義這些熱阻。但是,關(guān)于這些值的最重要的一個(gè)事實(shí)是,器件消耗的總功率在所述的兩個(gè)“點(diǎn)”之間流動(dòng)(結(jié)是一個(gè)“點(diǎn)”,環(huán)境溫度或外殼溫度是另一個(gè)“點(diǎn)”)。也就是說,系統(tǒng)中沒有無關(guān)的平行熱路徑讓一些熱量“泄漏”出去。所有離開結(jié)的熱量,最終都到達(dá)或經(jīng)過另一個(gè)點(diǎn)——環(huán)境或外殼。


數(shù)學(xué)上將這兩個(gè)量定義如下:


6.png(公式1)


7.png(公式2)


因此,知道相應(yīng)的值后,實(shí)際工作結(jié)溫可根據(jù)下式進(jìn)行預(yù)測:


8.png(公式3)



9.png(公式4)


對于 θ-JA,顯然,根據(jù)定義,所有離開結(jié)的功率最終都會(huì)到達(dá)環(huán)境,因此該溫差與封裝總功率之比是一個(gè)真正的系統(tǒng)熱阻。數(shù)據(jù)表可能為不同的代表性安裝情況提供一個(gè)或多個(gè) θ-JA 值。例如,最小焊盤板值和 1 英寸焊盤板值,或者可能是 θ-JA 與銅基板面積的關(guān)系圖。但即使銅面積是“正確的”,這些值也可能不適用于實(shí)際應(yīng)用。其他變量,如其他功耗器件的存在、氣流條件的性質(zhì)、銅基板本身的厚度和詳細(xì)布局,都會(huì)影響該值。


對于 θ-JC,兩個(gè)點(diǎn)是結(jié) (J) 和“外殼”(C)——這里的挑戰(zhàn)在于“外殼”溫度的定義或選擇。如果我們有理由假設(shè) 100% 的功耗實(shí)際上都流過我們定義的“C”點(diǎn),那么此溫差與封裝總功率之比就是一個(gè)真正的熱阻。


通常,唯一能夠合理接近該 100% 熱條件的測試情況是冷板測試,并且功率封裝要直接夾到冷板上,還必須仔細(xì)指定“外殼”測量的位置。


為了獲得良好的 θ-JC 測量結(jié)果,“外殼”通常定義為散熱器/冷板界面處的散熱器中心點(diǎn),這將是冷板上的最熱點(diǎn),但不一定是器件“外殼”上的最冷點(diǎn)。準(zhǔn)確進(jìn)行 θ-JC 測量所面臨的一個(gè)實(shí)際困難是要在不干擾熱流的情況下進(jìn)行測量。冷板表面的凹槽可能會(huì)顯著減小界面面積;冷板上的鉆孔也會(huì)干擾熱流,不過如果孔足夠小的話,影響可能不大。另一個(gè)問題是,當(dāng)看不到外殼時(shí),外殼測量熱電偶與外殼的接觸程度如何?;蛘?,測量散熱器暴露邊緣(比如 Dpak 或 TO220 的耳片上)的溫度可以繞過上述兩個(gè)困難,但它可能產(chǎn)生明顯不同的結(jié)果(可能比“真實(shí)”θ-JC 值高 20-40%)。顯然,要在實(shí)際應(yīng)用環(huán)境中成功使用 θ-JC 值,應(yīng)用必須確保幾乎 100% 的器件功率流經(jīng)外殼。


最后,冷板上測量的 θ-JC 值可能與相應(yīng)的“ψ-JC”值有很大不同,即使這兩種測量的熱電偶位置可能相同(參見以下關(guān)于“ψ”值的討論)。這是因?yàn)椋c冷板設(shè)置相比,在非冷板測試設(shè)置中經(jīng)過“外殼”點(diǎn)的熱量比例很可能要小得多。事實(shí)上,如果 θ-JC 值是從 100% 熱條件得出的,那么對應(yīng)的 ψ-JC 值會(huì)較低,這是不言而喻的。例如,在非冷板安裝情況下,如果只有 10% 的熱量流過“外殼”,那么 ψ-JC 將是 θ-JC 值的十分之一!


顯然,θ-JA 與 θ-JC 的區(qū)別在于,θ-JA 必然包括整個(gè)系統(tǒng),而不僅僅是封裝,而 θ-JC 被理想化為“僅封裝”特性。θ-JC 是 θ-JA 的一小部分的說法并不罕見,它的意思是,在確定器件的工作結(jié)溫時(shí),外部環(huán)境的熱設(shè)計(jì)比器件本身的熱設(shè)計(jì)更重要。


數(shù)據(jù)表上出現(xiàn)的這些值的問題是,θ-JA 很可能不適用于客戶的特定應(yīng)用,因?yàn)榉庋b外部的系統(tǒng)會(huì)有差異,例如氣流條件、金屬厚度、電路板面積和布局、相鄰器件的接近程度和功耗等。因此,θ-JA 可能看似方便,因?yàn)槟恍枰拉h(huán)境溫度,但實(shí)際上,除非應(yīng)用與熱測試情況完全相同,否則應(yīng)使用不同的 θ-JA,而且其差異可能相當(dāng)大。數(shù)據(jù)表可能會(huì)顯示“最小焊盤”值和“1 英寸焊盤”值或其中之一,但應(yīng)用中的實(shí)際 θ-JA 可能優(yōu)于“1 英寸焊盤”值,或者可能劣于“最小焊盤”值。在任何情況下,如果系統(tǒng)不同,那么數(shù)據(jù)表中的 θ-JA 就不是真正有用的值。


θ-JC 可能更有用,因?yàn)樗赡苷嬲枋隽似骷趯?shí)際應(yīng)用中的特性,即便如此,只有當(dāng)外部系統(tǒng)也得到全面定義時(shí),它才是真正有用的。這里的問題是,不能簡單地假設(shè)外殼溫度可以控制為任意選擇的值;更確切地說,外部散熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)必須確保器件消耗的功率也是如此。例如,考慮一個(gè)特定的 TO264 功率晶體管,其 θ-JC 為 0.4°C/W。如果最大 Tj 為 150°C 且外殼溫度可保持在 25°C,那么功耗原則上可以為 312.5 W [Pd = (TJ?TC) / θJC]。


然而,什么樣的外部系統(tǒng)可以將外殼“保持”在 25°C 呢?一個(gè)能夠吸收 400 W 的水冷冷板——其熱阻約為 0.2°C/W,從冷板上的安裝點(diǎn)測量到“無限”供應(yīng)的冷卻劑——怎么樣?要吸收 312.5 W,意味著冷卻劑本身須保持在比外殼溫度低 0.2°C/W * 312.5 W = 62.5°C 的溫度,也就是 -37.5°C!事實(shí)上,這種 TO264 器件的一個(gè)實(shí)際應(yīng)用可以利用強(qiáng)制風(fēng)冷散熱器,其表面積為 100 平方英寸,凈熱阻為 0.2°C/W(容量與剛才說明的水冷冷板非常相似)。但在這個(gè)實(shí)際系統(tǒng)中,是環(huán)境溫度以 25°C 為限,而不是器件外殼溫度。由于系統(tǒng)總熱阻(θ-JA)為 0.6°C/W(器件為 0.4,加上散熱器 0.2),因此實(shí)際最大功耗為 208 W,穩(wěn)態(tài)平衡時(shí)的外殼溫度約為 66°C。


ψ 值與 θ 值相比,并不是真正的熱阻,盡管它們具有相同的單位。JEDEC 將該術(shù)語定義為一個(gè)“熱特性參數(shù)”1。它只不過是系統(tǒng)中兩個(gè)選定點(diǎn)之間的溫差與相關(guān)器件總功耗之比。定義它的公式與 θ 的公式基本相同,即:


10.png(公式5)


并且


11.png(公式6)


注意


12.png(公式7)


請注意,我們定義了兩個(gè)變體,一個(gè)指結(jié)至某一任意封裝位置 x,另一個(gè)指該任意封裝位置 x 至環(huán)境。這會(huì)讓人誤以為前者主要是“封裝”特性,而后者主要是“環(huán)境”特性。但實(shí)際情況是,所選擇的封裝位置僅僅是任意地將整個(gè)系統(tǒng) θ-JA 分成兩部分,保證其相加得到正確的總數(shù)(公式 7)。這并不說明,隨著周圍環(huán)境變化,兩個(gè)端點(diǎn)之間的位置 x 將具有可預(yù)測的溫度。只有環(huán)境不變時(shí),它才是可預(yù)測的。(與此形成對比的是,θ-JC 始終會(huì)得出一個(gè)相對于結(jié)的可預(yù)測溫度,而不管外殼之外的環(huán)境發(fā)生什么變化,至少在理想情況下是如此。)盡管如此,就像 θ 值一樣,知道相應(yīng)的輸入后,可以根據(jù)下式預(yù)測工作溫度:


13.png(公式8)



14.png(公式9)


 Guidelines for Reporting and Using Electronic Package Thermal Information(關(guān)于報(bào)告和使用電子封裝熱信息的準(zhǔn)則),EIA/JESD51?12,Electronic Industries Association,2005。


對于半導(dǎo)體器件和封裝,常見數(shù)據(jù)表 ψ 值包括:ψ-JLn(指定特定引線 n)、ψ-JT(T 代表外殼頂部)、ψ-J-tab(tab 是合適功率器件上暴露的散熱器耳片)和 ψ-J-board(其中可能指定封裝中心正下方的電路板,例如對于 BGA 型封裝)。


通常可以知道相關(guān)器件的總功耗,但要知道通過外殼頂部流出的熱量比例、通過引線流出的熱量比例、通過封裝下方的氣隙流出的熱量比例等等,要困難得多。盡管在整個(gè)封裝的各種位置進(jìn)行溫度測量可能是可行的,但沿著選定路徑進(jìn)行實(shí)際的熱流量測量是很困難的或不可能的。此外,這些路徑在與結(jié)相關(guān)時(shí)的實(shí)際熱阻及其對外部變化的敏感性方面可能大不相同。因此,隨著安裝條件的變化,沿各種可能路徑的相對熱流量可能會(huì)有顯著偏移。所以,數(shù)據(jù)表上報(bào)告的 ψ 值只能是在已知熱流量分布相似時(shí),用于估計(jì)應(yīng)用溫度。關(guān)于有效應(yīng)用 ψ 值的最低規(guī)定是,相同比例的熱量沿著實(shí)驗(yàn)室測量過程中出現(xiàn)的特定 ψ 路徑流動(dòng);一般來說,這很難確定,甚至不可能確定。


以 2 引線軸向器件為例。它是在具有對稱布局的熱測試板上測量的,到每條引線的走線金屬量相等。在該測試場景中,θ-JA 為 45°C/W,ψ-JL 為 15°C/W(由于對稱性,每條引線的值相同)2?,F(xiàn)在,在一個(gè)特定應(yīng)用中,該器件安裝在一個(gè)電路板上,其 1 平方英寸焊盤僅分配給兩條引線中的一條;另一條引線具有最小走線。在該應(yīng)用板上進(jìn)行的測量得到的 θ-JA 現(xiàn)在為 31°C/W,并且 ψ-JL1 = 21°C/W,ψ-JL2 = 9°C/W,極不對稱。應(yīng)該清楚的是,如果使用數(shù)據(jù)表的 ψ-JL 值來預(yù)測結(jié)溫,可能會(huì)產(chǎn)生極高或極低的值,具體取決于要使用哪條引線溫度作為參考點(diǎn)。如果回到真正熱阻的概念,可以看出,在最初的實(shí)驗(yàn)室測量中,真正 θ-JL 值應(yīng)為 30°C/W,因?yàn)槊織l引線承載恰好一半的總功率。


2遺憾的是,在這個(gè)特定例子中,數(shù)據(jù)表是 1995 年以前編寫的,將該值稱為“結(jié)至引線熱阻”,但沒有解釋如何應(yīng)用該值。它是一個(gè) ψ 值還是一個(gè) θ 值?絕對不是結(jié)果計(jì)算中很小的二比一差異!


也就是說


15.png(公式10)


事實(shí)上,知道該 θ 值后就可以在任何應(yīng)用環(huán)境中精確預(yù)測結(jié)溫,無論散熱金屬的布置有多么不對稱,只要測量兩個(gè)引線溫度而不是僅僅依賴一個(gè)溫度,具體而言:


16.png(公式11)


可以使用公式 10 將此表達(dá)式整理成下式:


17.png(公式12)


因此,在這一特定的雙引線器件示例中,可以看出,如果在實(shí)際應(yīng)用中測量兩個(gè)引線溫度,則甚至 ψ-JL 也可加以利用。然而,在更復(fù)雜的封裝情況下,可能會(huì)有多條引線,其中一些直接連接到內(nèi)部“標(biāo)志”,而另一些則不是,或者可能存在其他明顯不對稱的熱路徑。然后,改變與各條引線相關(guān)的金屬走線面積的量,或者在暴露的外殼上增加外部散熱器,可能會(huì)顯著改變相對熱流,并因此使得公布的 ψ 值完全無效。通常,當(dāng)為數(shù)據(jù)表選擇要進(jìn)行表征的引線時(shí),如果能夠確定承載功率比例最大的引線,那么最好選擇該引線。這很可能是 ψ-JL 最大的引線,特別是如果它在內(nèi)部直接連接到標(biāo)志,并且在外部有一個(gè)不成比例的大散熱器。這樣的值對于實(shí)際應(yīng)用環(huán)境的適度變化是最不敏感的。另一方面,如果數(shù)據(jù)表指定一條已知不具有最大熱流量的引線,那么我們就無法確定在特定應(yīng)用中,實(shí)際 ψ 值是高于還是低于數(shù)據(jù)表中提供的值。


多結(jié)器件和矩陣公式


提到多結(jié)器件時(shí),我們一般指的是包含相對獨(dú)立的多個(gè)電氣元件的器件,其各種可能的“結(jié)”的功耗比例可能相差很大。它可以是一個(gè)模擬器件,有兩路不同的穩(wěn)壓輸出,驅(qū)動(dòng)大不相同的負(fù)載。它可以是一個(gè)雙整流器封裝,在一種應(yīng)用中相當(dāng)平等地利用兩個(gè)通道,但在另一種應(yīng)用中,可能優(yōu)先利用其中一個(gè)通道。它可以是一個(gè)單一應(yīng)用,不時(shí)地在兩個(gè)完全不同的工作點(diǎn)之間移動(dòng);需要確定哪種情況是“最壞情況”。只要考慮的是恒定功率條件,那么利用穩(wěn)態(tài)值的矩陣方法就是一種描述系統(tǒng)熱特性的簡明方法。它依賴于線性疊加原理,即系統(tǒng)中任何給定點(diǎn)的溫升是系統(tǒng)中每個(gè)熱源的可獨(dú)立導(dǎo)出的溫升之和。以矩陣形式表示就是:


18.png(公式13)


請注意,矩陣表示法只是如下一對方程的簡寫版本:


19.png(公式14)


對于雙結(jié)器件,這意味著第一個(gè)結(jié)的溫升是其“自發(fā)熱”特性乘以其自身功耗與“相互作用”特性乘以另一個(gè)結(jié)的功耗之和。適用于線性系統(tǒng)的另一個(gè)原理是互易,根據(jù)該原理可知,一個(gè)結(jié)加熱另一個(gè)結(jié)的量等于它被另一個(gè)結(jié)加熱的量,因此該矩陣具有關(guān)于主對角線的對稱性。


注意,這里我們用 ψ 表示相互作用項(xiàng)。這是嚴(yán)格正確的,因?yàn)橐话愣裕覀儾荒苷f任一結(jié)耗散的熱量的特定部分“經(jīng)過”另一個(gè)結(jié);其中一些肯定是這樣流動(dòng)的,導(dǎo)致那里的溫度上升。另一方面,自發(fā)熱項(xiàng)使用了 θ。這不是嚴(yán)格正確的,除非我們有前面討論中就 θ 值提出的保證,即 θ 所指的參考點(diǎn)是兩個(gè)結(jié)所消耗的 100% 功率的最終目的地。然而,如上所示,如果需要多個(gè)參考溫度的話,即使基本矩陣公式本身也是對所需數(shù)學(xué)描述的過度簡化。


簡單地說,對于理想化的簡單情況,矩陣公式通常由 θ-JA 自發(fā)熱值和 ψ-JA 相互作用加熱值組成,或者可能由 θ-JB 值和 ψ-JB 值組成;封裝中心的電路板位置經(jīng)確定后,假定它代表主要熱流路徑和公共參考溫度。這種簡單矩陣方法在一些情況下有效,描述這些情況的一種方法是:只要有單一溫度邊界條件,該公式就適用。但在使用 ψ 參數(shù)表征引線、電路板或外殼頂部溫度的典型情況下,這些額外的溫度位置不是真正的邊界條件,而是測量但不控制溫度的輔助參考點(diǎn)。


即使有這種限制,也應(yīng)注意,矩陣描述很容易擴(kuò)展到任何數(shù)量的結(jié)和輔助溫度,每個(gè)相關(guān)的熱源對于每個(gè)其他結(jié)和相關(guān)的點(diǎn)都產(chǎn)生一個(gè)自加熱 θ 和一組相互作用 ψ。例如,假設(shè)有三個(gè)熱源、一條引線和一個(gè)電路板溫度參考位置,那么我們將有:


20.png(公式15)


這里不是方陣,因?yàn)槲覀兪褂?ψ 特性來描述系統(tǒng)中某些點(diǎn)的溫度,這些點(diǎn)本身不是熱源。也許很明顯,互易定理帶來的對稱性只適用于僅代表熱源溫度的方形子矩陣。同樣,前面的矩陣表示法只是如下方程組的簡寫版本:


21.png(公式16)


對所有結(jié)果必須加上環(huán)境溫度。


在實(shí)踐中,通常測量三個(gè)功率水平和三個(gè)溫度(引線、電路板和環(huán)境溫度)。然后,利用矩陣方法可以計(jì)算五個(gè)溫度:三個(gè)結(jié)溫以及引線和電路板的溫度。如果計(jì)算溫度與測量值一致,那么您就可以在一定程度上相信,所有特性輸入(θ 和 ψ)對所考慮的系統(tǒng)都是有效的。如果引線和電路板的計(jì)算值與測量值之間存在顯著差異,您就可以得知,實(shí)際應(yīng)用中的熱流分布與最初推導(dǎo) ψ 時(shí)的熱流分布顯著不同,因而計(jì)算的結(jié)溫也值得懷疑。


為了完整起見,我們將展示真正的多熱源、多溫度邊界條件模型所需的額外復(fù)雜性。假設(shè)有一個(gè)六引線封裝,其內(nèi)部有兩個(gè)獨(dú)立的硅器件。如果我們可以對所有六條引線進(jìn)行溫度測量,假設(shè)內(nèi)部產(chǎn)生的熱量幾乎 100% 必須沿著其中一條引線離開封裝,那么我們可以寫出以下矩陣方程,其中每條引線被視為一個(gè)單獨(dú)的邊界條件:


22.png(公式17)


這個(gè)完整模型與以前較簡單的矩陣公式之間存在兩個(gè)重要區(qū)別。首先,方程的左邊是實(shí)際結(jié)溫預(yù)測,不是超過某一公共參考溫度的溫升。其次,溫度邊界條件顯示為準(zhǔn)熱量輸入。每一個(gè)都有自己相關(guān)的權(quán)重,在這里表示為另一個(gè) ψ 值。因此,雖然只有兩個(gè)熱源,但實(shí)際上有 16 個(gè)不同參數(shù)來表征這個(gè)模型。顯然,說這樣的模型可能存在是一回事,通過實(shí)驗(yàn)推導(dǎo)出所有這些系數(shù)則完全是另一回事。這屬于“緊湊模型”領(lǐng)域,在過去十年中,該領(lǐng)域產(chǎn)生了大量文獻(xiàn)和研究。達(dá)到一定精度所需的獨(dú)立外部邊界條件的最小數(shù)量,是否必須考慮溫度非線性,甚至模型的內(nèi)部結(jié)構(gòu),都是充分發(fā)展這種模型所必須解決的重要問題。


θ-JA 與銅面積的關(guān)系


提供制造商熱特性數(shù)據(jù)的最大問題之一,在于選擇何數(shù)據(jù)有助于說明,但遺憾的是,該數(shù)據(jù)可能會(huì)嚴(yán)重歪曲封裝在客戶應(yīng)用中的實(shí)際表現(xiàn)。一個(gè)很好的例子是 θ-JA 隨銅面積的變化,如下圖所示。


23.png

圖1. Dpak 的 θ-JA 與銅面積的關(guān)系


此圖中明示的兩個(gè)參數(shù)是散熱銅的厚度(兩種代表性厚度,每種厚度一條曲線)和銅面積(x 軸)。即使只考慮這兩項(xiàng),也會(huì)出現(xiàn)許多問題。例如,如果銅的厚度超出了所提供的范圍,應(yīng)該怎么辦?事實(shí)上,即使在所提供的范圍內(nèi),是否應(yīng)該以線性方式進(jìn)行解讀?如果銅面積低于所提供曲線的左端或高于右端,會(huì)發(fā)生什么情況?線性外推合適嗎?曲線是否應(yīng)該擬合已知的點(diǎn),并進(jìn)行擴(kuò)展(如果是,多遠(yuǎn)是合適的)?金屬面積是否包括與目標(biāo)器件直接相關(guān)的走線?如果包括,很明顯,在這些曲線左端的某一點(diǎn),面積會(huì)從大的“塊狀”面積過渡到細(xì)長的面積。在這種過渡中,散熱能力肯定會(huì)發(fā)生顯著變化。因此,如果特定應(yīng)用中使用的純“走線”金屬的量與此圖所基于的量不同,將會(huì)出現(xiàn)與“直觀”外推有顯著偏差的情況。


然而,除了這些明示的參數(shù)之外,還有許多非常重要的因素未在此圖上明示,它們會(huì)影響實(shí)際的 θ-JA 值。例如,銅面積之外的電路板有多大?氣流有多大?電路板頂部和底部的氣流是否相同?如果空氣是“靜止的”,電路板相對于重力的方向是什么,它如何隨方向而變化?


要點(diǎn)是,這些圖表只能用于非常粗淺地了解目標(biāo)器件可以在多大程度上被利用來調(diào)節(jié)系統(tǒng)整體熱特性。顯然,起始點(diǎn)是減去器件“固有”特性(如 ψ-J-lead),看看剩下的特性是否有足夠的裕量來提供所需的補(bǔ)償。如果有,則必須對外部熱系統(tǒng)進(jìn)行全面分析,至少要考慮上述討論中強(qiáng)調(diào)的所有變量。



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