Discusión sobre los conceptos de disipación y generación de calor de chips.
Este artículo analiza principalmente los conceptos de disipación/calentamiento de calor de chips, resistencia térmica, aumento de temperatura y diseño térmico.
Calentamiento y pérdida de virutas.
La pérdida de potencia del chip, por un lado, se refiere a la diferencia entre la potencia de entrada efectiva y la potencia de salida, lo que se denomina potencia disipada. Esta parte de la pérdida se convertirá en liberación de calor. La generación de calor no es buena y reducirá la confiabilidad de los componentes y equipos. Dañará seriamente el chip.
Potencia de disipación, habrá este parámetro en las especificaciones de algunos chips, que se refiere a la disipación de potencia máxima permitida, la disipación de potencia y el calor son correspondientes, cuanto mayor sea la disipación de potencia permitida, la temperatura de unión correspondiente también será mayor.
Por otro lado, el consumo de energía del chip se refiere a la cantidad de energía consumida por el equipo eléctrico por unidad de tiempo, y la unidad es W, como un aire acondicionado de 2000W, etc.
Resistencia térmica y aumento de temperatura
Todos conocemos un dicho: la nieve no enfría y la nieve se enfría. Este es un proceso físico. Las nevadas son un proceso de desublimación y exotermia, y el derretimiento de la nieve es un proceso de derretimiento y absorción de calor. El aumento de temperatura del chip es relativo a la temperatura ambiente (25 grados), por lo que hay que mencionar el concepto de resistencia térmica.
La resistencia térmica se refiere a la relación entre la diferencia de temperatura en ambos extremos del objeto y la potencia de la fuente de calor cuando el calor se transmite sobre el objeto, y la unidad es grado/W o K/W. Como se muestra en la figura siguiente, cuando se suelda un chip en una PCB, hay tres rutas principales de disipación de calor para el chip, correspondientes a tres resistencias térmicas.
1. La resistencia térmica desde el interior del chip hasta la carcasa y las clavijas: el chip es fijo y no se puede cambiar.
2. La resistencia térmica desde los pines del chip hasta la placa PCB, determinada por una buena soldadura y una buena placa PCB.
3. La resistencia térmica de la carcasa del chip al aire, determinada por el disipador de calor y el espacio periférico del chip. Parámetros de resistencia térmica del chip semiconductor.
Ta es la temperatura ambiente, Tc es la temperatura de la superficie del caso y Tj es la temperatura de la unión. Θja: Resistencia térmica entre la temperatura de unión (Tj) y la temperatura ambiente (Ta). Θjc: Resistencia térmica entre la temperatura de unión (Tj) y la temperatura de la superficie de la caja (Tc). Θca: Resistencia térmica entre la temperatura de la superficie de la caja (Tc) y la temperatura ambiente (Ta).
La fórmula de cálculo de la resistencia térmica es: Θja=(Tj-Ta)/Pd → Tj=Ta más Θja*Pd donde Θja*Pd es el aumento de temperatura, que también puede denominarse poder calorífico .
1. Bajo la condición de resistencia térmica constante, cuanto menor sea el consumo de energía Pd, menor será la temperatura.
2. En el caso de un determinado consumo de energía, cuanto menor sea la resistencia térmica, mejor, y cuanto menor sea la resistencia térmica, mejor será la disipación del calor.
Errores de cálculo de temperatura de unión
Mucha gente usa esta fórmula para calcular la temperatura de la unión: Tj=Ta más Θja*Pd, que aparece en la documentación de TI, pero no es exacta.
El significado general es que Θja es una función multivariable, que no puede reflejar la situación real del chip soldado en la PCB y tiene una fuerte correlación con el diseño de la PCB y el tamaño del Chip/Pad. A medida que estos factores cambian, el valor de Θja también cambiará. Existe una gran diferencia entre los fabricantes de chips que prueban Θja y nuestro uso real, por lo que se utiliza para calcular la temperatura de la unión y el error será grande.
La resistencia térmica Θja tiene una fuerte correlación con estos parámetros.
Al mismo tiempo, usar la fórmula Tj=Tc más Θjc*Pd para medir la temperatura Tc de la carcasa del chip con una cámara de infrarrojos y luego calcular Tj no es muy preciso. Los Θja y Θjc proporcionados por el fabricante pueden ser más útiles para evaluar el rendimiento térmico del chip y compararlo con otros chips.
En los parámetros de algunos chips habrá ΨJT y ΨJB. Estos dos parámetros no son resistencia térmica real. El método utilizado por los fabricantes de chips para probar ΨJT y ΨJB está muy cerca del entorno de aplicación del dispositivo real, por lo que puede usarse para estimar la temperatura de la unión. También lo adopta la industria y se puede ver que estos dos parámetros son más pequeños que Θja y Θjc, por lo que con el mismo consumo de energía, la temperatura de la unión calculada por Θja es mayor que la temperatura real.
ΨJT se refiere a la unión con la parte superior del paquete, el parámetro desde la unión hasta la cubierta del paquete, la fórmula de cálculo es Tj=Tc más ΨJT*Pd, Tc es la temperatura de la cubierta del chip. ΨJB, se refiere a los parámetros de unión a placa, unión a placa PCB, la fórmula de cálculo es: Tj=Tb más ΨJB*Pd, Tb es la temperatura de la placa PCB.
ΨJT y ΨJB se pueden utilizar para calcular la temperatura de la unión.
Diseño térmico
El diseño térmico es el mismo que el problema de EMC, es mejor resolverlo en la etapa inicial, de lo contrario la rectificación posterior será muy problemática. En la etapa inicial del diseño, se consideran la estructura, el apilamiento de PCB, el diseño, la decoración, etc., y en la etapa posterior se consideran los materiales de disipación de calor.
