電子設(shè)備中半導(dǎo)體元器件的熱設(shè)計(jì)
熱量通過(guò)物體和空間傳遞。傳遞是指熱量從熱源轉(zhuǎn)移到他處。
01 左中括號(hào)三種熱傳遞形式左中括號(hào)
熱傳遞主要有三種形式:傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射。
傳導(dǎo):由熱能引起的分子運(yùn)動(dòng)被傳播到相鄰分子。
對(duì)流:通過(guò)空氣和水等流體進(jìn)行的熱轉(zhuǎn)移。
輻射:通過(guò)電磁波釋放熱能。
02 左中括號(hào)散熱路徑左中括號(hào)
產(chǎn)生的熱量通過(guò)傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射的方式經(jīng)由各種路徑逸出到大氣中。由于我們的主題是“半導(dǎo)體元器件的熱設(shè)計(jì)”,因此在這里將以安裝在印刷電路板上的IC為例進(jìn)行說(shuō)明。
熱源是IC芯片。該熱量會(huì)傳導(dǎo)至封裝、引線框架、焊盤(pán)和印刷電路板。熱量通過(guò)對(duì)流和輻射從印刷電路板和IC封裝表面?zhèn)鬟f到大氣中。可以使用熱阻表示如下:
上圖右上方的IC截面圖中,每個(gè)部分的顏色與電路網(wǎng)圓圈的顏色相匹配(例如芯片為紅色)。芯片溫度TJ通過(guò)電路網(wǎng)中所示的熱阻達(dá)到環(huán)境溫度TA。
采用表面安裝的方式安裝在印刷電路板(PCB)上時(shí),紅色虛線包圍的路徑是主要的散熱路徑。
具體而言,熱量從芯片經(jīng)由鍵合材料(芯片與背面露出框架之間的粘接劑)傳導(dǎo)至背面框架(焊盤(pán)),然后通過(guò)印刷電路板上的焊料傳導(dǎo)至印刷電路板。然后,該熱量通過(guò)來(lái)自印刷基板的對(duì)流和輻射傳遞到大氣中(TA)。
其他途徑還包括從芯片通過(guò)鍵合線傳遞到引線框架、再傳遞到印刷基板來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)流和輻射的路徑,以及從芯片通過(guò)封裝來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)流和輻射的路徑。
如果知道該路徑的熱阻和IC的功率損耗,則可以通過(guò)熱歐姆定律來(lái)計(jì)算溫度差(在這里為T(mén)A和TJ之間的差)。
就如本文所講的,所謂的“熱設(shè)計(jì)”,就是努力減少各處的熱阻,即減少?gòu)男酒酱髿獾纳崧窂降臒嶙瑁?最終TJ降低并且可靠性提高。
03左中括號(hào)什么是熱阻左中括號(hào)
熱阻是表示熱量傳遞難易程度的數(shù)值。是任意兩點(diǎn)之間的溫度差除以?xún)牲c(diǎn)之間流動(dòng)的熱流量(單位時(shí)間內(nèi)流動(dòng)的熱量)而獲得的值。熱阻值高意味著熱量難以傳遞,而熱阻值低意味著熱量易于傳遞。
熱阻的符號(hào)為Rth和θ。Rth來(lái)源于熱阻的英文表達(dá)“thermal resistance”。
單位是℃/W(K/W)。
04左中括號(hào)熱歐姆定律左中括號(hào)
可以用與電阻幾乎相同的思路來(lái)考慮熱阻,并且可以以與歐姆定律相同的方式來(lái)處理熱計(jì)算的基本公式。
電氣 | 電流 I(A) | 電壓差 ⊿V(V) | 電阻 R(Ω) |
熱 | 熱流量 P(W) | 溫度差 ⊿T(℃) | 熱阻 Rth(℃/W) |
因此,就像可以通過(guò)R×I來(lái)求出電位差⊿V一樣,可以通過(guò)Rth×P來(lái)求出溫度差⊿T。
關(guān)鍵要點(diǎn):
熱阻是表示熱量傳遞難易程度的數(shù)值。
熱阻的符號(hào)為Rth和θ,單位為℃/W(K/W)。
可以用與電阻大致相同的思路來(lái)考慮熱阻。
原文標(biāo)題:元器件熱設(shè)計(jì):熱阻是什么?散熱路徑圖解
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