IC 封裝的結(jié)至環(huán)境熱阻如何影響熱性能

IC（集成電路）封裝的熱性能可以通過(guò)幾個(gè)不同的參數(shù)來(lái)指定，例如 θ JA、θ JB、θ JC、Ψ JT和 Ψ JB。更深入地了解這些參數(shù)可以幫助我們更準(zhǔn)確地估計(jì)我們產(chǎn)品的熱性能。有了這些知識(shí)，我們就可以避免對(duì)我們的設(shè)計(jì)施加不必要的限制，或者預(yù)測(cè)從熱學(xué)角度來(lái)看邊緣設(shè)計(jì)的潛在缺陷。

在本文中，我們將了解結(jié)點(diǎn)到環(huán)境的熱阻 θ JA。我們將看到 θ JA可用于比較不同制造商封裝的熱性能。

熱阻表示熱量從一處流向另一處的難易程度?；蛟S熟悉（也是誤用）的 IC 封裝熱參數(shù)是結(jié)到環(huán)境的熱阻，通常用 θ JA表示。

如果我們有給定系統(tǒng)中使用的 IC的θ JA參數(shù)，我們可以使用以下等式輕松計(jì)算結(jié)溫：

TJ=TA+P×θJATJ=TA+P×θJA

在哪里

使用上面的等式，我們可以確定 IC 的允許功耗。例如，如果允許的結(jié)溫為 150°C，并且 T A =25°C，θ JA =17 °C/W，我們可以得到允許功率：

$${}_{max}=\frac{{}_J?{}_A}{{}_{JA}}=\frac{150?25}{17}=7.35W$$

在具有 θ JA參數(shù)的情況下評(píng)估設(shè)計(jì)熱性能似乎是一項(xiàng)簡(jiǎn)單的任務(wù)。然而，在應(yīng)用上述公式來(lái)估算特定應(yīng)用電路板的結(jié)溫之前，必須充分理解其中的復(fù)雜性。

關(guān)鍵是結(jié)點(diǎn)到環(huán)境的熱阻不僅僅是封裝的特性。有幾個(gè)不同的參數(shù)會(huì)影響 θ JA。

下圖顯示了自然對(duì)流環(huán)境中 PCB 上裸露焊盤(pán)封裝的典型熱流模式。

熱量流過(guò) PCB 和封裝外殼。安裝IC的測(cè)試板實(shí)際上可以起到散熱片的作用，焊接到器件的引線上。

改變測(cè)試板的特性，例如走線密度和電源/接地層的數(shù)量，可以為我們提供不同的 θ JA值。JEDEC 規(guī)范為 θ JA測(cè)量定義了兩種測(cè)試板類(lèi)型：

當(dāng)我們將電路板類(lèi)型從 1s 電路板更改為 2s2p 電路板類(lèi)型時(shí)，測(cè)量結(jié)果可能會(huì)大不相同。下圖比較了幾種不同封裝的θ JA變化與電路板類(lèi)型。

如您所見(jiàn)，電路板類(lèi)型多可將 θ JA改變 50%。

還有其他幾個(gè)因素會(huì)影響結(jié)點(diǎn)到環(huán)境的熱阻。例如，熱阻隨高度增加而增加。與在海平面運(yùn)行的相同設(shè)備相比，在 8000 英尺高度運(yùn)行的設(shè)備經(jīng)歷的氣壓更小，運(yùn)行時(shí)的溫度要高 20%。有趣的是，主要的系統(tǒng)設(shè)計(jì)公司使用壓力室來(lái)測(cè)試其設(shè)計(jì)在不同海拔高度的熱性能。 

熱阻也是環(huán)境溫度的函數(shù)。環(huán)境溫度從 0 °C 升至 100 °C 時(shí)，總 θ JA可降低 20%。此外，θ JA會(huì)隨著給定 IC 中功耗的增加而降低。