热阻数据:估算TJ时涉及到的θJA和ΨJT -其2-

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不同条件下θJA和ΨJT的特性及有效性

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。

●电路板散热性能的变化
右图表示电路板表层铜箔面积与θJA和ΨJT之间的关系。θJA受铜箔面积(即流入PCB的热量)的影响很大,而ΨJT由于器件的大部分热量都会流入PCB,因此TJ-TT间的温差非常小,故ΨJT的值和变化也都很小。由于θJA会因实装电路板的条件不同而有很大变化,因此很难直接用于估算TJ,但ΨJT不会因PCB的差异而有较大变化,所以是可以使用的。

基板表層銅箔面積とθJAとΨJTの関係

●被屏蔽罩等覆盖的状态
出于EMC对策等原因,目标器件可能会有使用屏蔽罩覆盖的情况。下面是使用和不使用屏蔽罩时实测的θJA和ΨJT结果比较。

シールドケースあり・なしでの実測によるθJAとΨJTの比較

有屏蔽罩时,θJA和ΨJT均会上升,但θJA的波动较大,无法用于估算TJ。而ΨJT的上升量很小,原来的值也很小,波动也很小,即使直接用于TJ计算也不会造成太大的误差。例如,使用无屏蔽罩的ΨJT=9.4℃/W,来计算有屏蔽罩的TJ结果如下,与实际温度106.7℃相比,误差在1%以内。

T_J=0.5W×9.4℃/W+101.3℃=106.0℃

●被树脂密封并被屏蔽罩等覆盖的状态
为了起到保护作用,有时会将电路板上的实装元器件进行树脂密封。在这里,假设是不仅被树脂密封还被屏蔽罩等覆盖的情况。

基板を実装部品ごと樹脂封止しシールドケースで覆われた状態のθJAとΨJT

θJA受密封树脂影响,热阻显着降低,在这种条件下,θJA不能用于TJ计算。ΨJT呈上升趋势,波动较大。使用没有树脂密封和屏蔽罩时的ΨJT=9.4℃/W,计算有树脂密封和屏蔽罩时的TJ,结果如下。

T_J=0.5W×9.4℃/W+44.5℃=49.2℃

与实际温度53.3℃相比,误差约为8%。这就需要探讨是否允许这个程度的误差,或者纠正误差后用于TJ的计算。

●成为热源的元器件彼此相邻的状态
虽然应该避免这种情况,但在元器件实际安装过程中产生热量的元器件还是可能会彼此相邻。下面是两者具有适当的距离(中间图)时和它们彼此相邻(右图)时的θJA和ΨJT结果比较。

2個が適度な距離を持っている場合と隣接している場合のθJAとΨJT

从数据可以看出,当元器件距离很近时,θJA和ΨJT均上升,但θJA的波动较大,不能用于TJ的估算。当然,ΨJT也有波动,但由于其值原本就小,波动也很小,因此即使用于TJ的估算也不会造成太大的误差。例如,使用一个元器件时的ΨJT=9.4℃/W,计算两个相邻状态下的TJ时,结果如下,与实际温度101.5℃相比,误差在1%以内。

T_J=0.5W×9.4℃/W+96.3℃=101.0℃

●电路板层数变化时
下图显示了当电路板的层数发生变化时,θJA和ΨJT的变化情况。

基板の層数が変わった場合のθJAとΨJT

随着电路板层数的增加,θJA显着下降,但即使在这种情况下,θJA也不能用于TJ的计算。ΨJT的波动也很大,作为示例,使用1s(1层电路板)时的ΨJT=9.4℃/W,计算2s2p(4层电路板)时的TJ,结果如下。

T_J=0.5W×9.4℃/W+33.7℃=38.4℃

与实际温度36.3℃相比,误差约为6%,这就需要探讨是否允许这个程度的误差,或者是否需要纠正误差。

总结

本文在实际应用产品中安装时可能会有的4种条件下,比较了θJA和ΨJT。结论是与上一篇中的讨论一样,受铜箔和电路板等散热条件的影响,以及相邻元器件的热干扰影响,在应用产品中很难将θJA用于TJ的估算。

而ΨJT虽然会因安装条件而变化,但由于其值原本就很小,而且在某些条件下的波动也很小,因此通过掌握所使用的电路板和应用产品的状态,并高精度地测量TT,可以将提供的ΨJT值用于实际使用时的TJ估算。

 

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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。

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