Diskusi tentang konsep pembuangan panas chip dan pembangkitan panas

    Artikel ini terutama membahas konsep pembuangan/pemanasan panas chip, ketahanan termal, kenaikan suhu, dan desain termal.

Pemanasan dan kehilangan chip

Hilangnya daya chip, di satu sisi, mengacu pada perbedaan antara daya masukan efektif dan daya keluaran, yang disebut daya hilang. Bagian dari kehilangan ini akan diubah menjadi pelepasan panas. Timbulnya panas bukanlah hal yang baik, dan akan mengurangi keandalan komponen dan peralatan. Ini akan merusak chip secara serius.

Disipasi daya, akan ada parameter ini dalam SPEC beberapa chip, yang mengacu pada disipasi daya maksimum yang diijinkan, disipasi daya dan panas yang sesuai, semakin besar disipasi daya yang diijinkan, suhu persimpangan yang sesuai juga akan lebih besar.

Di sisi lain, konsumsi daya chip mengacu pada jumlah energi yang dikonsumsi oleh peralatan listrik per satuan waktu, dan satuannya adalah W, seperti AC 2000W dan seterusnya.

Ketahanan Termal dan Kenaikan Suhu

Kita semua tahu pepatah: Salju tidak mendingin dan salju menjadi dingin. Ini adalah proses fisik. Hujan salju merupakan proses desublimasi dan eksoterm, sedangkan pencairan salju merupakan proses pencairan dan penyerapan panas. Kenaikan suhu chip relatif terhadap suhu lingkungan (25 derajat), sehingga konsep ketahanan termal harus disebutkan.

Resistansi termal mengacu pada rasio antara perbedaan suhu di kedua ujung benda dan kekuatan sumber panas ketika panas ditransmisikan pada benda, dan satuannya adalah derajat /W atau K/W. Seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah, ketika sebuah chip disolder pada PCB, ada tiga jalur pembuangan panas utama untuk chip tersebut, sesuai dengan tiga hambatan termal.

1. Resistansi termal dari bagian dalam chip ke cangkang dan pin - chip tetap dan tidak dapat diubah.

2. Resistansi termal dari pin chip ke papan PCB - ditentukan oleh penyolderan dan papan PCB yang baik.

3. Resistansi termal dari wadah chip ke udara - ditentukan oleh unit pendingin dan ruang periferal chip. Parameter ketahanan termal chip semikonduktor

Ta adalah suhu lingkungan, Tc adalah suhu permukaan, dan Tj adalah suhu persimpangan. Θja: Resistansi termal antara suhu persimpangan (Tj) dan suhu lingkungan (Ta). Θjc: Resistansi termal antara suhu sambungan (Tj) dan suhu permukaan casing (Tc). Θca: Resistansi termal antara suhu permukaan casing (Tc) dan suhu lingkungan (Ta).

Rumus perhitungan tahanan termal adalah: Θja=(Tj-Ta)/Pd → Tj=Ta ditambah Θja*Pd dimana Θja*Pd adalah kenaikan suhu, bisa juga disebut nilai kalor .

1. Dalam kondisi ketahanan termal yang konstan, semakin kecil konsumsi daya Pd, maka suhunya akan semakin rendah.

2. Dalam hal konsumsi daya tertentu, semakin kecil resistansi termal, semakin baik, dan semakin kecil resistansi termal, semakin baik pembuangan panasnya.

Kesalahan perhitungan suhu persimpangan

Banyak orang menggunakan rumus ini untuk menghitung suhu persimpangan: Tj=Ta ditambah Θja*Pd, yang dinyatakan dalam dokumentasi TI, namun tidak akurat.

Arti umum adalah bahwa Θja adalah fungsi multi-variabel, yang tidak dapat mencerminkan situasi sebenarnya dari chip yang disolder pada PCB, dan memiliki korelasi yang kuat dengan desain PCB dan ukuran Chip/Pad. Ketika faktor-faktor ini berubah, nilai Θja juga akan berubah. Ada perbedaan besar antara produsen chip yang menguji Θja dan penggunaan aktual kami, sehingga digunakan untuk menghitung suhu sambungan, dan kesalahannya akan besar.

Resistansi termal Θja memiliki korelasi kuat dengan parameter ini

Pada saat yang sama, menggunakan rumus Tj=Tc ditambah Θjc*Pd untuk mengukur suhu Tc cangkang chip dengan kamera inframerah, lalu menghitung Tj tidak terlalu akurat. Θja dan Θjc yang diberikan oleh pabrikan mungkin lebih berguna bagi kita untuk mengevaluasi kinerja termal chip dan membandingkannya dengan chip lain.

Pada parameter beberapa chip akan ada ΨJT dan ΨJB. Kedua parameter ini bukanlah ketahanan termal yang sebenarnya. Metode yang digunakan oleh produsen chip untuk menguji ΨJT dan ΨJB sangat mirip dengan lingkungan aplikasi perangkat sebenarnya, sehingga dapat digunakan untuk memperkirakan suhu sambungan. Hal ini juga diadopsi oleh industri, dan terlihat bahwa kedua parameter ini lebih kecil dari Θja dan Θjc, sehingga dengan konsumsi daya yang sama, suhu sambungan yang dihitung dengan Θja lebih tinggi dari suhu sebenarnya.

ΨJT mengacu pada Junction to Top of Package, parameter dari persimpangan ke shell paket, rumus perhitungannya adalah Tj=Tc ditambah ΨJT*Pd, Tc adalah suhu shell chip. ΨJB, mengacu pada Junction to Board, parameter persimpangan ke papan PCB, rumus perhitungannya adalah: Tj=Tb ditambah ΨJB*Pd, Tb adalah suhu papan PCB.

ΨJT dan ΨJB dapat digunakan untuk menghitung suhu sambungan

Desain termal

Desain termal sama dengan masalah EMC, yang terbaik adalah menyelesaikannya pada tahap awal, jika tidak, perbaikan selanjutnya akan sangat merepotkan. Pada tahap awal desain, struktur, susunan PCB, tata letak, dekorasi, dll. dipertimbangkan, dan bahan pembuangan panas dipertimbangkan pada tahap selanjutnya.