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元器件热阻和热特性辨析

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首先我们来看看英文的指引,下图是JESD51中关于热阻和热特性参数的表格定义。

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Theta (θ)、Psi (Ψ)的定义

热阻划分

θJA是结到周围环境的热阻,单位是°C/W。θJA取决于 IC封装、电路板、空气流通、辐射和系统特性,通常辐射的影响可以忽略。θJA专指自然条件下的数值。

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器件说明书中的ΦJA是根据JESD51标准给出的,其标准环境是指将器件安装在较大的印刷电路板上,并置于1立方英尺的静止空气中。因此说明书中的数值没有太大的参考价值。

θJC是结到管壳的热阻,管壳可以看作是封装外表面的一个特定点。θJC取决于封装材料(引线框架、模塑材料、管芯粘接材料)和特定的封装设计(管芯厚度、裸焊盘、内部散热过孔、所用金属材料的热传导率)。

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注意θJC表示的仅仅是散热通路到封装表面的电阻,因此θJC总是小于θJA。θJC表示是特定的、通过传导方式进行热传递的散热通路的热阻,而θJA则表示的是通过传导、对流、辐射等方式进行热传递的散热通路的热阻。

θCA是指从管壳到周围环境的热阻。θCA包括从封装外表面到周围环境的所有散热通路的热阻。注意,如果有散热片,则可分为θCS和θSA。

θJA = θJC θCA

θJB是指从结到电路板的热阻,它对结到电路板的热通路进行了量化。通常θJB的测量位置在电路板上靠近封装处。θJB包括来自两个方面的热阻:从IC的结到封装底部参考点的热阻,以及贯穿封装底部的电路板的热阻。

以下是三个热阻的对比图:

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热特性

Ψ和θ之定义类似,但不同之处是Ψ 是指在大部分的热量传递的状况下,而θ是指全部的热量传递。在实际的电子系统散热时,热会由封装的上下甚至周围传出,而不一定会由单一方向传递,因此Ψ之定义比较符合实际系统的量测状况。

ΨJB是结到电路板的热特性参数,单位是°C/W。热特性参数与热阻是不同的。与热阻θJB测量中的直接单通路不同,ΨJB测量的元件功率通量是基于多条热通路的。由于这些ΨJB的热通路中包括封装顶部的热对流,因此更加便于用户的应用。

ΨJT是衡量结温和封装顶部温度之间的温度变化的特征参数。当封装顶部温度和功耗已知时,ΨJT有助于估算结温。

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结论

θ-JA 是非常糟糕的,计算仅用于理想的PCB理想的贴装,理想的环境。

θ-JC 是非常糟糕的,只有那种特别大的封装才有意义TO220,因为直接传导占据最主要的比例。

Ψ-JL, Ψ-JB, Ψ-JT, 不同的模型:在正确使用的时候,是一个非常好的模型

参考资料:

IC封装热阻的定义与量测技术

AP4083—IC封装的热特性(MAXIM)

AP3500—通过测量有源元件的管芯温度监控电子系统的热耗散(MAXIM)

标准系列:

JESD51: Methodology for the Thermal Measurement of Component  Packages (Single Semiconductor Device)

JESD51-1: Integrated Circuit Thermal Measurement  Method—Electrical Test Method (Single Semiconductor Device)

JESD51-2: Integrated Circuit Thermal Test Method Environmental  Conditions—Natural Convection (Still Air)

JESD51-3: Low Effective Thermal Conductivity Test Board for  Leaded Surface Mount Packages

JESD51-4: Thermal Test Chip Guideline (Wire Bond Type Chip)

JESD51-5: Extension of Thermal Test Board Standards for Packages with Direct Thermal Attachment Mechanis ms

JESD51-6: Integrated Circuit Thermal Test Method Environmental Conditions—Forced Convection (Moving Air)

JESD51-7: High Effective Thermal Conductivity Test Board for  Leaded Surface Mount Packages

JESD51-8: Integrated Circuit Thermal Test Method Environmental  Conditions—Junction-to-Board

JESD51-9: Test Boards for Area Array Surface Mount Package Thermal Measurements

JESD51-10: Test Boards for Through-Hole Perimeter Leaded Package Thermal Measurements.

JESD51-11Test Boards for Through-Hole Area Array Leaded

JEDEC51-12: Guidelines for Reporting and Using Electronic Package Thermal Information. 


科普理论通用换热散热流体基础结构基础热设计
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首次发布时间:2021-11-15
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