Discussion sur les concepts de dissipation thermique des puces et de génération de chaleur
Cet article traite principalement des concepts de dissipation/chauffage thermique des puces, de résistance thermique, d'augmentation de température et de conception thermique.
Échauffement et perte des copeaux
La perte de puissance de la puce, d'une part, fait référence à la différence entre la puissance d'entrée effective et la puissance de sortie, appelée puissance dissipée. Cette partie de la perte sera convertie en dégagement de chaleur. La génération de chaleur n’est pas une bonne chose et réduira la fiabilité des composants et des équipements. Cela endommagerait sérieusement la puce.
Puissance de dissipation, il y aura ce paramètre dans la spécification de certaines puces, qui fait référence à la dissipation de puissance maximale autorisée, la dissipation de puissance et la chaleur correspondent, plus la dissipation de puissance autorisée est grande, la température de jonction correspondante sera également plus grande.
D'autre part, la consommation électrique de la puce fait référence à la quantité d'énergie consommée par l'équipement électrique par unité de temps, et l'unité est W, comme un climatiseur de 2 000 W, etc.
Résistance thermique et élévation de température
Nous connaissons tous un dicton : la neige ne refroidit pas et la neige devient froide. Il s'agit d'un processus physique. Les chutes de neige sont un processus de désublimation et d'exothermie, et la fonte des neiges est un processus de fonte et d'absorption de chaleur. L'échauffement de la puce est relative à la température ambiante (25 degrés), il faut donc mentionner la notion de résistance thermique.
La résistance thermique fait référence au rapport entre la différence de température aux deux extrémités de l'objet et la puissance de la source de chaleur lorsque la chaleur est transmise sur l'objet, et l'unité est le degré/W ou K/W. Comme le montre la figure ci-dessous, lorsqu'une puce est soudée sur un PCB, il existe trois chemins principaux de dissipation thermique pour la puce, correspondant à trois résistances thermiques.
1. La résistance thermique de l'intérieur de la puce à la coque et aux broches - la puce est fixe et ne peut pas être modifiée.
2. La résistance thermique des broches de la puce à la carte PCB – déterminée par une bonne soudure et une bonne carte PCB.
3. La résistance thermique du boîtier de la puce à l'air - déterminée par le dissipateur thermique et l'espace périphérique de la puce. Paramètres de résistance thermique des puces semi-conductrices
Ta est la température ambiante, Tc est la température de surface du boîtier et Tj est la température de jonction. Θja : Résistance thermique entre température de jonction (Tj) et température ambiante (Ta). Θjc : Résistance thermique entre la température de jonction (Tj) et la température de surface du boîtier (Tc). Θca : Résistance thermique entre la température de surface du boîtier (Tc) et la température ambiante (Ta).
La formule de calcul de la résistance thermique est : Θja=(Tj-Ta)/Pd → Tj=Ta plus Θja*Pd où Θja*Pd est l'élévation de température, que l'on peut aussi appeler pouvoir calorifique. .
1. Dans des conditions de résistance thermique constante, plus la consommation électrique Pd est faible, plus la température sera basse.
2. Dans le cas d'une certaine consommation d'énergie, plus la résistance thermique est faible, mieux c'est, et plus la résistance thermique est faible, meilleure est la dissipation thermique.
Erreurs de calcul de la température de jonction
De nombreuses personnes utilisent cette formule pour calculer la température de jonction : Tj=Ta plus Θja*Pd, ce qui est indiqué dans la documentation de TI, mais ce n'est pas précis.
La signification générale est que Θja est une fonction multivariable, qui ne peut pas refléter la situation réelle de la puce soudée sur le PCB, et a une forte corrélation avec la conception du PCB et la taille de la puce/du pad. À mesure que ces facteurs changent, la valeur de Θja changera également. Il existe une grande différence entre les fabricants de puces testant Θja et notre utilisation réelle, il est donc utilisé pour calculer la température de jonction, et l'erreur sera importante.
La résistance thermique Θja a une forte corrélation avec ces paramètres
Dans le même temps, utiliser la formule Tj=Tc plus Θjc*Pd pour mesurer la température Tc de la coque de la puce avec une caméra infrarouge, puis calculer Tj n'est pas très précis. Les Θja et Θjc donnés par le constructeur nous permettent peut-être davantage d'évaluer les performances thermiques de la puce et de la comparer avec d'autres puces.
Dans les paramètres de certaines puces, il y aura ΨJT et ΨJB. Ces deux paramètres ne constituent pas une véritable résistance thermique. La méthode utilisée par les fabricants de puces pour tester ΨJT et ΨJB est très proche de l'environnement d'application du dispositif réel, elle peut donc être utilisée pour estimer la température de jonction. Il est également adopté par l'industrie, et on peut voir que ces deux paramètres sont plus petits que Θja et Θjc, donc pour la même consommation électrique, la température de jonction calculée par Θja est supérieure à la température réelle.
ΨJT fait référence à la jonction vers le haut du boîtier, le paramètre de la jonction à la coque du boîtier, la formule de calcul est Tj=Tc plus ΨJT*Pd, Tc est la température de la coque de la puce. ΨJB, fait référence aux paramètres de jonction à la carte, de jonction aux cartes PCB, la formule de calcul est : Tj=Tb plus ΨJB*Pd, Tb est la température de la carte PCB.
ΨJT et ΨJB peuvent être utilisés pour calculer la température de jonction
Conception thermique
La conception thermique est la même que le problème CEM, il est préférable de le résoudre dès le début, sinon la rectification ultérieure sera très gênante. Au début de la conception, la structure, l'empilement des PCB, la disposition, la décoration, etc. sont pris en compte, et les matériaux de dissipation thermique sont pris en compte à un stade ultérieur.
