热阻数据: 估算TJ时涉及到的θJA和ΨJT -其1-

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θJA和ΨJT

下表是上一篇中提到的θJA和ΨJT相关的重点内容。θJA是从结点到周围环境之间的热阻,存在多条散热路径。ΨJT是从结点到封装上表面中心的热特性参数。ΨJT的计算公式中包含的TT是封装顶面中心的温度。

符号

定义

用途

计算公式

θJA

结点与周围环境间的热阻。

形状不同的封装之间的散热性能比较。

θJA=(TJ-TA) / P

ΨJT

表示相对于器件整体的功耗P的、结点与封装上表面中心之间的温度差的热特性参数。

估算在实际应用产品(实际散热环境)中的结温。

ΨJT=(TJーTT) / P

表格中建议的用途是θJA:“形状不同的封装之间的散热性能比较”,ΨJT:“估算在实际应用产品中的结温”,下面来思考一下这样建议的原因。

关于θJA

在热设计中,有一个讨论:“θJA可以应用于热设计吗?”从结论来看,可以认为使用θJA来进行热设计是存在困难的。其主要原因如下:

●TA的温度是哪里的温度?
最终还是需要通过估算TJ的温度来进行判断。使用θJA计算TJ时,需要环境温度TA

TA的温度是由JEDEC Standard定义的。以下是用来参考的JEDEC Standard:

▸JESD51-2A Integrated Circuits Thermal Test Method Environmental Conditions – Natural Convection (Still Air)

TA基本上是在JEDEC指定的位置测量的,但有些制造商可能会单独提出TA测量条件。

另外,JEDEC Standard是在不受发热影响的空间前提下来定义TA的,但近年来设备的安装情况越来越复杂,出现了是否真的存在不受发热影响的空间的讨论。

●高密度安装趋势
如上一项所提到的,由于安装密度越来越高,IC和其他发热器件拥挤在电路板上。很容易想象,现实中由于与目标相邻的IC等器件的热干扰导致温度升高,因此很难判断认为是TA的位置的温度是否真的是TA的温度。

●θJA随有效散热范围的变化而变化
表面贴装型封装的IC,其技术规格书中的θJA会提供散热用的铜箔面积、电路板的材质和厚度等条件。因此反过来也可以说“θJA根据实装条件而变化”。右图是表示θJA和IC贴装部的表面铜箔面积之间的关系的数据示例。从图中可以明显看出,随着铜箔面积的增加,θJA变小了,但是θJA的变化并不是线性的,而且如果没有提供这样的图,根据实际电路板的相应面积估算θJA是相当困难的。很遗憾的是,并不是每个制造商都会提供这样的图表。

基于这些情况,尤其是在近年来的实际情况下,通常认为使用θJA进行热设计是很难的。近年来,逐渐成为主流的TJ估算方法是实际测量目标产品封装顶面中心的温度TT,并根据ΨJT计算TJ

关于ΨJT

ΨJT表示相对于器件整体的功耗P的、结点与封装顶面中心之间的温度差的热特性参数。下图是表示TJ和TT的示意图。由于TT是封装顶面中心处的温度,因此可以在实装设备的实际工作状态下使用热电偶等进行测量。

只要能够获得TT的数据,就可以通过变换前面给出的ΨJT的公式来求得TJ

ΨJT=(TJーTT) / P  ⇒  TJ=TT+ΨJT×P

“ΨJT×P”是TJ和TT之间的温差,因此将其与TT相加得到TJ

下一篇将介绍半导体器件实装设备中的各种条件与θJA和ΨJT之间的关系,以及TJ在ΨJT估算中的有效性。

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SPICE模拟器和SPICE模型

本文将介绍基于Spice的模拟器和SPICE模型的下载地址。还是实际试用一下更容易理解。由于这些软件在通用的PC和OS条件下即可运行,所以请先尝试使用一下。

何谓SPICE

近年来,利用软件进行仿真的技术已经在电子电路的设计和评估中得到广泛应用。这其中也是有诸多原因的。例如,随着运行和信号的高速化,加之电子元器件的小型化和表面贴装趋势等,以往使用面包板的评估方式已经越来越不现实。然而,能够简便且迅速地确认运行情况和特性、能够以几乎最佳的条件进入实际评估、能够减少试制次数等开发成本和周期,是比什么都重要的关键所在。为了应对这种情况并满足这类需求,电子元器件制造商们纷纷提供仿真用的元器件数据,并推出很多被称为“模拟器”的仿真软件。

表面温度测量:热电偶 的固定方法

・将热电偶的测量端(连接端)固定到IC等封装上的方法有两种:①使用聚酰亚胺(PI)胶带等;②使用环氧树脂粘结剂。 ・JEDEC推荐使用环氧树脂粘结剂的方法。 ・除了热电偶测量端的固定方法外,导线的处理也会影响到测量结果,因此应沿着发热源敷设导线。

表面温度测量:热电偶的种类

・在测量已安装的半导体元器件的表面温度时,通常多使用热电偶。 ・在本文中使用一等标准K型热电偶和AWG38导线。

热阻数据:估算TJ时涉及到的θJA和ΨJT -其2-

正如上一篇中介绍过的,由于ΨJT是一个表示相对于器件整体的功耗的、结点与封装顶面中心之间的温度差的热特性参数,因此可以用来推算实机中实机工作状态下的TJ。然而,有一些实际工作条件会影响θJA和ΨJT,并会影响它们在TJ估算过程中的有效性。下面举几个例子来探讨它们各自的特性和有效性。