电子设备中半导体元器件的热设计

描述

电子设备中半导体元器件的热设计

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 左中括号三种热传递形式左中括号

热传递主要有三种形式:传导、对流和辐射。

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。

辐射:通过电磁波释放热能。

半导体

02 左中括号散热路径左中括号

产生的热量通过传导、对流和辐射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威廉希尔官方网站 板上的IC为例进行说明。

半导体

热源是IC芯片。该热量会传导至封装、引线框架、焊盘和印刷威廉希尔官方网站 板。热量通过对流和辐射从印刷威廉希尔官方网站 板和IC封装表面传递到大气中。可以使用热阻表示如下:

半导体

上图右上方的IC截面图中,每个部分的颜色与威廉希尔官方网站 网圆圈的颜色相匹配(例如芯片为红色)。芯片温度TJ通过威廉希尔官方网站 网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威廉希尔官方网站 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),然后通过印刷威廉希尔官方网站 板上的焊料传导至印刷威廉希尔官方网站 板。然后,该热量通过来自印刷基板的对流和辐射传递到大气中(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实现对流和辐射的路径,以及从芯片通过封装来实现对流和辐射的路径。

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。

03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。

半导体

热阻的符号为Rth和θ。Rth来源于热阻的英文表达“thermal resistance”。

单位是℃/W(K/W)。

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)
热流量 P(W) 温度差 ⊿T(℃) 热阻 Rth(℃/W)

 

因此,就像可以通过R×I来求出电位差⊿V一样,可以通过Rth×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Rth和θ,单位为℃/W(K/W)。

可以用与电阻大致相同的思路来考虑热阻。

原文标题:元器件热设计:热阻是什么?散热路径图解

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责任编辑:haq

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