Beszélgetés a forgácshőleadás és a hőtermelés fogalmairól

    Ez a cikk főként a forgácshőelvezetés/fűtés, a hőellenállás, a hőmérséklet-emelkedés és a termikus tervezés fogalmát tárgyalja.

Forgácsfűtés és veszteség

A chip teljesítményvesztesége egyrészt az effektív bemeneti teljesítmény és a kimeneti teljesítmény különbségére utal, amit disszipált teljesítménynek nevezünk. A veszteség ezen része hőleadássá alakul át. A hőtermelés nem jó dolog, és csökkenti az alkatrészek és berendezések megbízhatóságát. Súlyosan károsítja a chipet.

Disszipációs teljesítmény, bizonyos chipek SPEC-jében ez a paraméter szerepel, ami a maximálisan megengedhető teljesítménydisszipációra utal, a teljesítménydisszipáció és a hő megfelel, minél nagyobb a megengedett teljesítménydisszipáció, a megfelelő csomóponti hőmérséklet is nagyobb lesz.

Másrészt a chip energiafogyasztása az elektromos berendezések által egységnyi idő alatt elfogyasztott energia mennyiségét jelenti, a mértékegység pedig a W, például egy 2000 W-os légkondicionáló és így tovább.

Hőállóság és hőmérséklet-emelkedés

Mindannyian ismerünk egy mondást: A hó nem hűl, és a hó hideg lesz. Ez egy fizikai folyamat. A hóesés a deszublimáció és az exoterm folyamat, az olvadó hó pedig az olvadás és a hő elnyelésének folyamata. A forgács hőmérséklet-emelkedése a környezeti hőmérséklethez (25 fok) viszonyított, ezért meg kell említeni a hőellenállás fogalmát.

A hőellenállás az objektum mindkét végén lévő hőmérséklet-különbség és a hőforrás teljesítménye közötti arányt jelenti, amikor a hőt átadják a tárgyon, és a mértékegység /W vagy K/W. Amint az alábbi ábrán látható, amikor egy chipet PCB-re forrasztanak, a chip számára három fő hőelvezetési útvonal van, amelyek három hőellenállásnak felelnek meg.

1. A hőellenállás a chip belsejétől a héjig és a csapokig - a chip rögzített és nem módosítható.

2. A hőellenállás a forgácscsapoktól a NYÁK lapig - a jó forrasztás és a PCB kártya határozza meg.

3. A chipháztól a levegőig terjedő hőellenállás - a hűtőborda és a chip kerületi tere határozza meg. A félvezető chip hőellenállási paraméterei

Ta a környezeti hőmérséklet, Tc a ház felületi hőmérséklete, és Tj a csatlakozási hőmérséklet. Θja: A csatlakozási hőmérséklet (Tj) és a környezeti hőmérséklet (Ta) közötti hőellenállás. Θjc: A csatlakozási hőmérséklet (Tj) és a ház felületi hőmérséklete (Tc) közötti hőellenállás. Θca: Hőellenállás a ház felületi hőmérséklete (Tc) és a környezeti hőmérséklet (Ta) között.

A hőellenállás számítási képlete: Θja=(Tj-Ta)/Pd → Tj=Ta plusz Θja*Pd ahol Θja*Pd a hőmérsékletemelkedés, amit fűtőértéknek is nevezhetünk .

1. Állandó hőellenállás mellett minél kisebb a Pd energiafogyasztás, annál alacsonyabb lesz a hőmérséklet.

2. Bizonyos teljesítményfelvétel esetén minél kisebb a hőellenállás, annál jobb, és minél kisebb a hőellenállás, annál jobb a hőleadás.

A csomóponti hőmérséklet számítási hibái

Sokan ezt a képletet használják a csomóponti hőmérséklet kiszámításához: Tj=Ta plusz Θja*Pd, ami szerepel a TI dokumentációjában, de ez nem pontos.

Az általános jelentése az, hogy a Θja egy többváltozós függvény, amely nem tükrözi a NYÁK-ra forrasztott chip valós helyzetét, és szoros összefüggésben van a PCB kialakításával és a Chip/Pad méretével. Ahogy ezek a tényezők változnak, úgy változik a Θja értéke is. Nagy különbség van a Θja-t tesztelő chipgyártók és a tényleges felhasználásunk között, ezért a csomóponti hőmérséklet kiszámításához ez szolgál, és a hiba nagy lesz.

A Θja hőellenállás erősen korrelál ezekkel a paraméterekkel

Ugyanakkor a Tj=Tc plusz Θjc*Pd képlet segítségével infrakamerával mérjük meg a chiphéj Tc hőmérsékletét, majd a Tj kiszámítása nem túl pontos. A gyártó által megadott Θja és Θjc inkább arra szolgálhat, hogy értékeljük a chip hőteljesítményét és összehasonlítsuk más chipekkel.

Egyes chipek paramétereiben ΨJT és ΨJB lesz. Ez a két paraméter nem valódi hőellenállás. A chipgyártók által a ΨJT és ΨJB tesztelésére használt módszer nagyon közel áll a tényleges eszköz alkalmazási környezetéhez, így felhasználható a csatlakozási hőmérséklet becslésére. Az ipar is átvette, és látható, hogy ez a két paraméter kisebb, mint Θja és Θjc, így azonos teljesítményfelvétel mellett a Θja által számított csomóponti hőmérséklet magasabb, mint a tényleges hőmérséklet .

A ΨJT a Junction to Top of Package, a csomóponttól a csomaghéjig tartó paraméter, a számítási képlet Tj=Tc plusz ΨJT*Pd, Tc a chip héjának hőmérséklete. ΨJB, a csatlakozás a kártyához, a csatlakozás a NYÁK kártya paramétereire utal, a számítási képlet a következő: Tj=Tb plusz ΨJB*Pd, Tb a NYÁK kártya hőmérséklete.

ΨJT és ΨJB használható a csomóponti hőmérséklet kiszámításához

Termikus kialakítás

A termikus kialakítás megegyezik az EMC-problémával, célszerű a korai szakaszban megoldani, különben a későbbi hibajavítás nagyon gondot okoz. A tervezés korai szakaszában figyelembe veszik a szerkezetet, a nyomtatott áramköri lapok egymásra helyezését, az elrendezést, a dekorációt stb., a későbbi szakaszban pedig a hőleadó anyagokat.