新闻电子设备中半导体元器件的热设计

五连环画

电子设备中半导体元器件的热设计我认为51电子网一定可以成为行业的领导者，翘首高端产品之列。

热量通过物体和空间传递。传递是指热量从热源转移到他处。


01 左中括号种热传递形式左中括号


热传递主要有种形式：传导、对流和辐。


传导：由热能引起的分子运动被传播到相邻分子。


对流：通过空气和水等流体进行的热转移。


辐：通过电磁波释放热能。





02 左中括号散热路径左中括号


产生的热量通过传导、对流和辐的方式经由各种路径逸出到大气中。由于我们的主题是“半导体元器件的热设计”，因此在这里将以安装在印刷电路板上的IC为例进行说明。





热源是IC芯片。该热量会传导至封装、引线框架、焊盘和印刷电路板。热量通过对流和辐从印刷电路板和IC封装表面传递到大气中。可以使用热阻表示如下：





上图右上方的IC截面图中，每个部分的颜色与电路圆圈的颜色相匹配（例如芯片为红色）。芯片温度TJ通过电路中所示的热阻达到环境温度TA。


采用表面安装的方式安装在印刷电路板（PCB）上时，红色虚线包围的路径是主要的散热路径。


具体而言，热量从芯片经由键合材料（芯片与背面露出框架之间的粘接剂）传导至背面框架（焊盘），然后通过印刷电路板上的焊料传导至印刷电路板。然后，该热量通过来自印刷基板的对流和辐传递到大气中（TA）。


其他途径还包括从芯片通过键合线传递到引线框架、再传递到印刷基板来现对流和辐的路径，以及从芯片通过封装来现对流和辐的路径。


如果知道该路径的热阻和IC的功率损耗，则可以通过热欧姆定律来计算温度差（在这里为TA和TJ之间的差）。


就如本文所讲的，所谓的“热设计”，就是努力减少各处的热阻，即减少从芯片到大气的散热路径的热阻， 最终TJ降低并且可靠性提高。


0左中括号什么是热阻左中括号


热阻是表示热量传递难易程度的数值。是任意两点之间的温度差除以两点之间流动的热流量（单位时间内流动的热量）而获得的值。热阻值高意味着热量难以传递，而热阻值低意味着热量易于传递。





热阻的符号为R和θ。R来源于热阻的英文表达“ ”。


单位是℃W（KW）。


04左中括号热欧姆定律左中括号


可以用与电阻几乎相同的思路来考虑热阻，并且可以以与欧姆定律相同的方式来处理热计算的基本公式。





电气

电流 I（A）

电压差 ⊿V（V）

电阻 R（Ω）

热

热流量 P（W）

温度差 ⊿T（℃）

热阻 R（℃W）




因此，就像可以通过R×I来求出电位差⊿V一样，可以通过R×P来求出温度差⊿T。


关键要点：


热阻是表示热量传递难易程度的数值。


热阻的符号为R和θ，单位为℃W（KW）。


可以用与电阻大致相同的思路来考虑热阻。