一般用符號(hào)θ來(lái)表示熱阻。熱阻的單位為℃/W。除非另有說(shuō)明,熱阻指熱量在從熱IC結(jié)點(diǎn)傳導(dǎo)至環(huán)境空氣時(shí)遇到的阻力。也可更具體地表示為θJA,即結(jié)至環(huán)境熱阻。θJC和θCA是θ的兩種其他形式,詳見(jiàn)下文。
一般地,熱阻θ等于100℃/W的器件在1W功耗下將表現(xiàn)出100℃的溫差,該值在兩個(gè)參照點(diǎn)之間測(cè)得。請(qǐng)注意,這是一種線(xiàn)性關(guān)系,因此,在該器件中,1 W的功耗將產(chǎn)生100℃的溫差。再者對(duì)于熱阻θ=95℃/W,因此,1.3 W的功耗將產(chǎn)生大約124℃結(jié)至環(huán)境溫差。當(dāng)然,預(yù)測(cè)內(nèi)部溫度時(shí)使用的正是這種溫度的上升,其目的是判斷設(shè)計(jì)的熱可靠性。當(dāng)環(huán)境溫度為25°C時(shí),允許約150℃的內(nèi)部結(jié)溫。實(shí)際上,多數(shù)環(huán)境溫度都在25℃以上,因此,可以處理的功耗會(huì)稍低。
對(duì)于任意功耗P(單位:W),都可以用以下等式來(lái)計(jì)算有效溫差(ΔT)(單位:℃):ΔT = P ×θ
其中,θ為總適用熱阻。下圖總結(jié)了一些基本的熱關(guān)系。
請(qǐng)注意,串行熱阻(如右側(cè)的兩個(gè)熱阻)模擬的是一個(gè)器件可能遇到的總熱阻路徑。因此,在計(jì)算時(shí),總θ為兩個(gè)熱阻之和,即θJA = θJC + θCA。給定環(huán)境溫度TA、P和θ,即可算出TJ。根據(jù)圖中所示關(guān)系,要維持一個(gè)低的TJ,必須使θ或功耗(或者二者同時(shí))較低。低ΔT是延長(zhǎng)半導(dǎo)體壽命的關(guān)鍵,因?yàn)?,低ΔT可以降低最大結(jié)溫。
在IC中,一個(gè)溫度參照點(diǎn)始終是器件的一個(gè)節(jié)點(diǎn),即工作于給定封裝中的芯片內(nèi)部最熱的點(diǎn)。其他相關(guān)參照點(diǎn)為T(mén)C(器件)或TA(周?chē)諝?。結(jié)果又引出了前面提到的各個(gè)熱阻,即θJC和θJA。
先來(lái)看看最簡(jiǎn)單的情況,θJA為在給定器件的結(jié)與環(huán)境空氣之間測(cè)得的熱阻。該熱阻通常適用于小型、功耗相對(duì)較低的IC(如運(yùn)算放大器),其功耗往往為1W或以下。一般而言,對(duì)于8引腳DIP塑封或者更優(yōu)秀的SOIC封裝,運(yùn)算放大器以及其他小型器件的典型θJA值處于90-100°C/W水平。
需要明確的是,這些熱阻在很大程度上取決于封裝,因?yàn)椴煌牟牧蠐碛胁煌降膶?dǎo)熱性。一般而言,導(dǎo)體的熱阻類(lèi)似于電阻,銅最好,其次是鋁、鋼等。因此,銅引腳架構(gòu)封裝具有最高的性能,即最低的θ。
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