利用熱分析預(yù)測(cè)IC的瞬態(tài)效應(yīng)并避免過(guò)熱

　　電容電壓與管芯、環(huán)氧樹(shù)脂和封裝的溫度直接相關(guān)。任何SPICE工具包均可方便地仿真RC電路。若已知具體芯片模型的R1、R2、R3、C1、C2和C3的適當(dāng)參數(shù)，即可對(duì)該電路進(jìn)行仿真，并直接以電容C1電壓的形式讀取管芯溫度。

圖4. 該RC網(wǎng)絡(luò)用于仿真內(nèi)部產(chǎn)生熱量時(shí)芯片的瞬態(tài)熱特性。

　　現(xiàn)在，我們可以確定具體芯片的無(wú)源元件值(R1、R2、R3、C1、C2和C3)。通過(guò)測(cè)量管芯最終的穩(wěn)態(tài)溫度，利用式5 (以下改寫為式25)得到系統(tǒng)的熱阻(θJA)：

(式25)

　　其中：TJ為管芯的穩(wěn)態(tài)結(jié)溫；TA為環(huán)境溫度；PG為管芯的耗散功率。

　　工作在與式25相同的耗散功率(PG)下，從時(shí)間0開(kāi)始，不同時(shí)間測(cè)量的管芯溫度可以構(gòu)成反映管芯瞬時(shí)溫度變化的一組數(shù)據(jù)。然后，根據(jù)以下約束條件，對(duì)于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線擬合，可以確定R1、R2、R3、C1、C2和C3值。

(式26)

　　測(cè)量管芯溫度

　　有幾種測(cè)量集成電路管芯溫度的方法3。這里，我們將采用ESD二極管正向壓降測(cè)量法確定芯片溫度，因?yàn)檫@一方法簡(jiǎn)單且不會(huì)引入大的誤差。但是，為了保證測(cè)量誤差在可以接受的范圍內(nèi)，需要針對(duì)具體芯片謹(jǐn)慎選擇管芯溫度的測(cè)量技術(shù)。實(shí)踐證明，遵循以下原則非常關(guān)鍵3。

　　1.確保選擇用于測(cè)量的ESD二極管沒(méi)有很大的寄生電阻，也不會(huì)流過(guò)大電流，以免造成二極管壓降讀數(shù)偏差。最好與IC制造商討論確定內(nèi)部焊線和金屬電阻的最大估算值。

　　2.還要確定ESD二極管接近芯片熱源或處于實(shí)際考慮管芯溫度的區(qū)域內(nèi)。這種配置能夠更好地估算溫度，獲得更準(zhǔn)確的結(jié)果。

　　3.若選擇FET的導(dǎo)通電阻估算溫度指示，請(qǐng)確保FET在測(cè)試溫度下完全導(dǎo)通，并處于最小壓降

利用ESD二極管正向壓降進(jìn)行測(cè)量時(shí)，需要芯片上的二極管作用了正向偏壓，對(duì)其電壓進(jìn)行測(cè)量。大多數(shù)芯片很容易做到這點(diǎn)，將ESD二極管連接在引腳與電源電壓之間即可。因?yàn)閷?shí)測(cè)數(shù)據(jù)為二極管壓降，還必須考慮二極管電壓與溫度之間的關(guān)系式4。

圖5. 固定電流偏置下，二極管正向壓降隨溫度的變化關(guān)系。

　　二極管電壓以接近恒定的斜率下降，偏差可以忽略不計(jì)。如果繪制隨溫度變化的曲線，可以得到類似于圖5的結(jié)果。圖5中，TA為環(huán)境溫度，VDA為環(huán)境溫度下的二極管電壓，由此，我們得到曲線上的一個(gè)點(diǎn)及斜率。在溫控爐內(nèi)不同溫度點(diǎn)對(duì)二極管電壓進(jìn)行測(cè)量，即可得到斜率?；虿捎靡粋€(gè)常見(jiàn)數(shù)值：2mV/°K，該值在各種二極管電流范圍都有效，誤差很小4。這些數(shù)值同樣適用其它芯片，但出于準(zhǔn)確度的考慮，最好測(cè)量對(duì)應(yīng)于二極管偏置電流的斜率。至此，可以利用二級(jí)管電壓表示任何溫度：

　　為了恰當(dāng)?shù)貙C網(wǎng)絡(luò)用于實(shí)測(cè)二極管電壓瞬態(tài)數(shù)據(jù)的曲線擬合，我們只需將電流源的幅值設(shè)置為：IS = sPG (式33)

　　由于s 0，通過(guò)將電流源反向并將其幅值設(shè)置為|sPG|即可實(shí)現(xiàn)式33。

　　RC網(wǎng)絡(luò)的實(shí)驗(yàn)測(cè)定和驗(yàn)證