热分析的基本参数与概念

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Executive Summary

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Table of Contents

1

Introduction .............................................................................................................. 3 1.1 基本参数介绍 . (3)

2

Activities ................................................................................................................... 4 2.1

Theta-ja (θja)Junction-to-Ambient (4)

2.1.1 测量方法 .................................................................................................... 4 2.1.2 节温计算公式 (6)

2.2

Theta-jc (θjc) Junction-to-Case (6)

2.2.1 测量方法 .................................................................................................... 6 2.2.2 节温计算公式 ............................................................................................. 6 2.2.3 θjc 与θja 的关系 .. (7)

2.3

Theta-jb (θjb) Junction-to-Board (7)

2.3.1 测量方法 .................................................................................................... 8 2.3.2 节温计算公式 ............................................................................................. 8 2.3.3 θjc 与θja 的关系 .. (8)

2.4

Ψ的含义 (9)

2.4.1 Ψjb ............................................................................................................. 9 2.4.2 Ψjc . (9)

2.5

各种封装的散热效果 (9)

2.5.1 TI PowerPAD 封装的使用注意事项 (10)

3

Results ................................................................................................................... 12 3.1

关于θja θjc ΨJB , ΨJT 使用问题 (12)

4 Discussion .............................................................................................................. 12 4.1

热仿真软件的使用 (12)

5 Conclusions ........................................................................................................... 12 5.1 ............................................................................................................................. 12 6 Abbreviations, Definitiones, Glossary ..................................................................... 13 6.1 ............................................................................................................................. 13 7 Version . (13)

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Contents

1 Introduction 1.1 基本参数介绍

一般包括三个参数

θ

ja , θjc , θjb ，三种参数所指的散热图示如下。

Ta ，Tb ，Tc 的测试点如下：

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Tc: 芯片外壳的温度（其中Tt 指芯片顶部，Tp 指芯片底部。于Tc 通用） Tb ：芯片管脚接触于PCB 处温度 Ta: 芯片周围空气温度

Tj: 芯片内部PN 节温度，此温度一般＜150℃，否则造成芯片烧毁。

2

Activities

2.1 Theta-ja (θja )Junction-to-Ambient

PN 节到空气的热阻。单位℃ / W 。

2.1.1 测量方法

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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。

Θja 与PCB 叠层结构、芯片焊盘大小、高度等均有关系，故因此说明书中的数值（实验室数据）没有太大的参考价值。但目前只能如此计算。

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2.1.2 节温计算公式

T junction = T ambient + (θ ja * Power )；

T ambient ：环境温度

T junction ：芯片PN 节温度 Power ：芯片消耗功率

2.2 Theta-jc (θjc ) Junction-to-Case

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。此参数最是为预估有散热器的器件设计的。

2.2.1 测量方法

2.2.2 节温计算公式 T junction =T case +( θjc * Power )

T case ：芯片外壳温度

T junction ：芯片PN 节温度

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Power ：芯片消耗功率

一般有散热片的情况下计算公式：

T junction =T ambient +( (θjc +θcs +θsa )* Power )

θcs ：芯片外壳到散热片的热阻 θsa ：散热片到空气的热阻 T ambient ：环境温度

T junction ：芯片PN 节温度 Power ：芯片消耗功率 其中θcs 的计算公式如下：

2.2.3 θjc 与θja 的关系

亦可认为存在如下公式

θja =(θjc +θca )

2.3 Theta-jb (θjb ) Junction-to-Board

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。θjb 通常的测量位置在电路板上靠近封装处，即1.1节图表所示。

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2.3.1 测量方法

2.3.2 节温计算公式 T junction =T PCB +( θjb * Power )

T PCB ：PCB 处温度

T junction ：芯片PN 节温度 Power ：芯片消耗功率

2.3.3 θjc 与θja 的关系

亦可认为存在如下公式 θjb =(θjc +θbb +θba )

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2.4 Ψ的含义

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。

2.4.1 Ψjb

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。

T junction =T PCB +( Ψjb * Power ) 2.4.2 Ψjc

T junction =T case +( Ψjc * Power ) (此时不能加散热片) 2.5 各种封装的散热效果

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由图可见，BGA 封装的散热效果最佳。

2.5.1 TI PowerPAD 封装的使用注意事项

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PCB Layout 如上。

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由上图可见，背贴器件的封装上的过孔，将极大减少热阻，故PCB 设计中注意保证器件底部的过孔数量。

3 Results

3.1 关于θja θjc ΨJB , ΨJT 使用问题

θja 计算仅用于理想的PCB 理想的贴装，理想的环境。

θjc 只有那种特别大的封装才有意义TO220，同时附加有散热片因为直接传导占据最主要的比例。

ΨJB , ΨJT , 不同的模型：在正确使用的时候，是一个非常好的模型。

目前针对电路的芯片节温估算，由于环境温度为85℃，只能得到环境温度信息，PCB 板或者芯片的Case 的温度均不能得到，故只能使用θja 进行大致估算。

4 Discussion

4.1 热仿真软件的使用(TBD)

若使用热仿真软件，则可将各种参数输入，而不仅是只使用θja ，将会得到较精确的仿真参数。

5 Conclusions

5.1

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6

Abbreviations, Definitiones, Glossary

6.1 7

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