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實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)分享:元器件熱阻和熱特性辨析

發(fā)布時(shí)間:2015-05-06 責(zé)任編輯:sherry

【導(dǎo)讀】一位工程師朋友最近正在寫熱分析和熱設(shè)計(jì)的東西,小編就借花獻(xiàn)佛在這分享下這位工程師整理的關(guān)于熱分析和熱設(shè)計(jì)的知識和資料,與大家分享,共同探討。
 
我最近在寫熱分析和熱設(shè)計(jì)的章節(jié),把一些材料整理出來給大家分享一下,與原文有些差距,增加多樣性,呵呵。首先看英文的指引,是指JESD51中關(guān)于熱阻和熱特性參數(shù)的表格定義。
熱分析和熱設(shè)計(jì)

熱分析和熱設(shè)計(jì)
熱阻劃分
 
θJA是結(jié)到周圍環(huán)境的熱阻,單位是°C/W。θJA取決于 IC封裝、電路板、空氣流通、輻射和系統(tǒng)特性,通常輻射的影響可以忽略。θJA專指自然條件下的數(shù)值。
熱阻

熱阻
器件說明書中的ΦJA是根據(jù)JESD51標(biāo)準(zhǔn)給出的,其標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境是指將器件安裝在較大的印刷電路板上,并置于1立方英尺的靜止空氣中。因此說明書中的數(shù)值沒有太大的參考價(jià)值。
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θJC是結(jié)到管殼的熱阻,管殼可以看作是封裝外表面的一個(gè)特定點(diǎn)。θJC取決于封裝材料(引線框架、模塑材料、管芯粘接材料)和特定的封裝設(shè)計(jì)(管芯厚度、裸焊盤、內(nèi)部散熱過孔、所用金屬材料的熱傳導(dǎo)率)。
熱阻
注意θJC表示的僅僅是散熱通路到封裝表面的電阻,因此θJC總是小于θJA。θJC表示是特定的、通過傳導(dǎo)方式進(jìn)行熱傳遞的散熱通路的熱阻,而θJA則表示的是通過傳導(dǎo)、對流、輻射等方式進(jìn)行熱傳遞的散熱通路的熱阻。
 
θCA是指從管殼到周圍環(huán)境的熱阻。θCA包括從封裝外表面到周圍環(huán)境的所有散熱通路的熱阻。注意,如果有散熱片,則可分為θCS和θSA。
θJA = θJC + θCA
 
θJB是指從結(jié)到電路板的熱阻,它對結(jié)到電路板的熱通路進(jìn)行了量化。通常θJB的測量位置在電路板上靠近封裝處。θJB包括來自兩個(gè)方面的熱阻:從IC的結(jié)到封裝底部參考點(diǎn)的熱阻,以及貫穿封裝底部的電路板的熱阻。
 
以上三個(gè)熱阻的對比圖:
三個(gè)熱阻的對比圖
熱特性
 
Ψ和θ之定義類似,但不同之處是Ψ 是指在大部分的熱量傳遞的狀況下,而θ是指全部的熱量傳遞。在實(shí)際的電子系統(tǒng)散熱時(shí),熱會由封裝的上下甚至周圍傳出,而不一定會由單一方向傳遞,因此Ψ之定義比較符合實(shí)際系統(tǒng)的量測狀況。
  
ΨJB是結(jié)到電路板的熱特性參數(shù),單位是°C/W。熱特性參數(shù)與熱阻是不同的。與熱阻θJB測量中的直接單通路不同,ΨJB測量的元件功率通量是基于多條熱通路的。由于這些ΨJB的熱通路中包括封裝頂部的熱對流,因此更加便于用戶的應(yīng)用。
 
ΨJT是衡量結(jié)溫和封裝頂部溫度之間的溫度變化的特征參數(shù)。當(dāng)封裝頂部溫度和功耗已知時(shí),ΨJT有助于估算結(jié)溫。
ΨJT
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ΨJT

ΨJT
結(jié)論
 
θ-JA 是非常糟糕的,計(jì)算僅用于理想的PCB理想的貼裝,理想的環(huán)境。
 
θ-JC 是非常糟糕的,只有那種特別大的封裝才有意義TO220,因?yàn)橹苯觽鲗?dǎo)占據(jù)最主要的比例。
 
Ψ-JL, Ψ-JB, Ψ-JT, 不同的模型:在正確使用的時(shí)候,是一個(gè)非常好的模型。
 
參考資料:
 
IC封裝熱阻的定義與量測技術(shù);
AP4083—IC封裝的熱特性(MAXIM);
AP3500—通過測量有源元件的管芯溫度監(jiān)控電子系統(tǒng)的熱耗散(MAXIM)。
 
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