Diskuse o konceptech odvodu tepla čipem a vytváření tepla

    Tento článek pojednává především o konceptech odvodu/zahřívání čipu, tepelného odporu, nárůstu teploty a tepelného návrhu.

Zahřívání a ztráta třísek

Výkonová ztráta čipu na jedné straně označuje rozdíl mezi efektivním vstupním výkonem a výstupním výkonem, který se nazývá rozptýlený výkon. Tato část ztráty se přemění na uvolnění tepla. Vyvíjení tepla není dobrá věc a snižuje spolehlivost součástí a zařízení. Vážně to poškodí čip.

Ztrátový výkon, u některých čipů bude tento parametr ve SPEC, který odkazuje na maximální přípustný ztrátový výkon, ztrátový výkon a teplo odpovídají, čím větší je přípustný ztrátový výkon, tím větší bude také odpovídající teplota přechodu.

Na druhou stranu spotřeba čipu se týká množství energie spotřebované elektrickým zařízením za jednotku času a jednotkou je W, jako je klimatizace 2000 W a tak dále.

Tepelný odpor a nárůst teploty

Všichni známe přísloví: Sníh nechladí a sníh se ochlazuje. Toto je fyzický proces. Sněžení je proces desublimace a exotermie a tání sněhu je proces tání a pohlcování tepla. Nárůst teploty čipu je relativní k okolní teplotě (25 stupňů), takže je třeba zmínit pojem tepelného odporu.

Tepelný odpor označuje poměr mezi teplotním rozdílem na obou koncích objektu a výkonem zdroje tepla při přenosu tepla na objekt a jednotkou je stupeň /W nebo K/W. Jak je znázorněno na obrázku níže, když je čip připájen na PCB, existují pro čip tři hlavní cesty pro odvod tepla, které odpovídají třem tepelným odporům.

1. Tepelný odpor zevnitř čipu k plášti a kolíkům - čip je pevný a nelze jej měnit.

2. Tepelný odpor od kolíků čipu k desce plošných spojů – určuje dobré pájení a desku plošných spojů.

3. Tepelný odpor z pouzdra čipu do vzduchu - určen chladičem a obvodovým prostorem čipu. Parametry tepelného odporu polovodičového čipu

Ta je okolní teplota, Tc je povrchová teplota pouzdra a Tj je teplota přechodu. Θja: Tepelný odpor mezi teplotou přechodu (Tj) a teplotou okolí (Ta). Θjc: Tepelný odpor mezi teplotou přechodu (Tj) a teplotou povrchu pouzdra (Tc). Θca: Tepelný odpor mezi teplotou povrchu pouzdra (Tc) a teplotou okolí (Ta).

Výpočtový vzorec tepelného odporu je: Θja=(Tj-Ta)/Pd → Tj=Ta plus Θja*Pd kde Θja*Pd je nárůst teploty, který lze také nazvat výhřevností .

1. Za podmínky konstantního tepelného odporu platí, že čím menší je spotřeba energie Pd, tím nižší bude teplota.

2. V případě určitého příkonu platí, že čím menší tepelný odpor, tím lepší a čím menší tepelný odpor, tím lepší odvod tepla.

Chyby výpočtu teploty křižovatky

Mnoho lidí používá k výpočtu teploty přechodu tento vzorec: Tj=Ta plus Θja*Pd, který je uveden v dokumentaci TI, ale není přesný.

Obecným významem je, že Θja je funkce s více proměnnými, která nemůže odrážet skutečnou situaci čipu připájeného na PCB a má silnou korelaci s designem PCB a velikostí Chip/Pad. Se změnou těchto faktorů se bude měnit i hodnota Θja. Mezi výrobci čipů, kteří testují Θja, a naším skutečným použitím je velký rozdíl, takže se používá k výpočtu teploty přechodu a chyba bude velká.

Tepelný odpor Θja s těmito parametry silně koreluje

Zároveň použití vzorce Tj=Tc plus Θjc*Pd k měření teploty Tc pláště čipu pomocí infračervené kamery a následný výpočet Tj není příliš přesný. Výrobcem udávané Θja a Θjc nám mohou posloužit spíše k vyhodnocení tepelného výkonu čipu a porovnání s jinými čipy.

V parametrech některých čipů budou ΨJT a ΨJB. Tyto dva parametry nejsou skutečným tepelným odporem. Metoda, kterou používají výrobci čipů k testování ΨJT a ΨJB, je velmi blízká aplikačnímu prostředí skutečného zařízení, takže ji lze použít k odhadu teploty přechodu. Je také přijat průmyslem a je vidět, že tyto dva parametry jsou menší než Θja a Θjc, takže při stejné spotřebě energie je teplota přechodu vypočítaná pomocí Θja vyšší než skutečná teplota .

ΨJT odkazuje na Junction to Top of Package, parametr od spoje k obalu obalu, vzorec pro výpočet je Tj=Tc plus ΨJT*Pd, Tc je teplota obalu čipu. ΨJB, odkazuje na Junction to Board, spojení s PCB parametry, vzorec pro výpočet je: Tj=Tb plus ΨJB*Pd, Tb je teplota desky PCB.

ΨJT a ΨJB lze použít k výpočtu teploty přechodu

Tepelný design

Tepelný návrh je stejný jako problém EMC, je nejlepší jej vyřešit v rané fázi, jinak bude pozdější náprava velmi problematická. V rané fázi návrhu je zvažována struktura, stohování DPS, rozvržení, dekorace atd. a materiály pro odvod tepla jsou zvažovány v pozdější fázi.