在PCB設(shè)備熱耦合

任何散熱解決方案的目標(biāo)是確保器件的工作溫度不超過(guò)由制造商規(guī)定的安全范圍。在電子工業(yè)中，這個(gè)操作溫度被稱(chēng)為該裝置的“結(jié)溫。”以一個(gè)處理器，例如，該術(shù)語(yǔ)字面上指的是電功率轉(zhuǎn)換成熱的半導(dǎo)體結(jié)。

為了維持操作中，熱必須流出半導(dǎo)體中的這樣的速率，以確?？山邮艿慕Y(jié)溫。此熱流遇到阻力，因?yàn)樗鼜倪B接移動(dòng)整個(gè)器件封裝，就像電子遭遇阻力通過(guò)布線(xiàn)時(shí)流過(guò)。在熱力學(xué)方面，該電阻被稱(chēng)為導(dǎo)通電阻和由幾部分組成。從結(jié)，熱可以流向組件，其中，一個(gè)散熱器可以位于的情況下。這被稱(chēng)為ΘJC，或結(jié)到外殼的耐熱性。熱還可以從組件的頂面并進(jìn)入板流走。這就是所謂的結(jié)對(duì)板電阻，或ΘJB。

ΘJB被定義為結(jié)和電路板的功率除以溫差當(dāng)熱路是結(jié)才登機(jī)。為了測(cè)量ΘJB，該裝置的頂部是絕緣和冷板安裝到電路板邊緣(圖1)。這是真正的耐熱性，這是該裝置的特性。唯一的問(wèn)題是，在實(shí)際應(yīng)用中一個(gè)不知道多大的權(quán)力正在從不同的傳輸路徑。

環(huán)式冷板RΘJB的圖像

ΨJB是當(dāng)多個(gè)傳熱路徑被使用，如側(cè)面和組件的頂部以及所述板的溫度差的度量。這些多條路徑中固有的實(shí)際系統(tǒng)和測(cè)量必須謹(jǐn)慎使用。

由于一個(gè)組件內(nèi)的多個(gè)熱傳遞路徑，一個(gè)單一的電阻不能用于精確地計(jì)算結(jié)溫。從結(jié)點(diǎn)至環(huán)境熱阻必須進(jìn)一步細(xì)分為電阻網(wǎng)絡(luò)，以提高結(jié)溫預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。一個(gè)簡(jiǎn)化的電阻網(wǎng)絡(luò)示于圖2。

路口的圖像到環(huán)境電阻網(wǎng)絡(luò)

圖2：結(jié)到環(huán)境電阻網(wǎng)絡(luò)。1

按喬伊納等al.1相關(guān)因素ΘJMA做電路板溫度以前的工作(見(jiàn)公式1)。的ΘJMA是從結(jié)到外界的總熱阻，當(dāng)所有的熱傳遞路徑進(jìn)行評(píng)估。在這種情況下，ΘCA由散熱器的熱阻，以及設(shè)備和沉之間的界面電阻來(lái)表示。

表1列出的JEDEC參數(shù)為一個(gè)典型BGA部件。這些都是用在下面例子的計(jì)算：

ΘJMA=結(jié)到流動(dòng)空氣的熱阻ΘJB=結(jié)到電路板熱阻ΘJC=結(jié)到外殼熱阻ΘCA=外殼到環(huán)境的熱阻TBA =板溫度上升

方程1

(1)

表1：典型的熱包裝規(guī)格

作為電路板布局變得更致密，有必要設(shè)計(jì)出使用最少的空間可能優(yōu)化熱解。簡(jiǎn)單地說(shuō)，有沒(méi)有保證金，以便過(guò)度設(shè)計(jì)的散熱片緊密的組件間距。占板耦合的效果是這種優(yōu)化的一個(gè)重要部分。只存在，如果結(jié)到外殼的熱傳遞路徑被認(rèn)為是可能使用一個(gè)超大的散熱片。

為了確保在55°C的環(huán)境105°C的結(jié)溫，典型的成分(見(jiàn)表1)需要2.05°C / W散熱器電阻(如果我們忽略板傳導(dǎo))。當(dāng)板傳導(dǎo)是考慮到，實(shí)際的結(jié)點(diǎn)溫度可以低至74℃，假設(shè)板溫度是相同的空氣溫度。這表示一個(gè)散熱片，比需要的大。

從這個(gè)例子中，很明顯，從組件結(jié)所有的傳熱路徑必須加以考慮。僅使用ΘJC和ΘCA值可以導(dǎo)致比最佳散熱器較大而可能不準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)工作結(jié)溫。使用所提出的相關(guān)性也可以預(yù)測(cè)結(jié)溫當(dāng)基板溫度從實(shí)驗(yàn)已知的，如圖3所示。

董事會(huì)溫升對(duì)結(jié)溫的效果圖片

圖3：在結(jié)溫電路板溫度升高的影響。

當(dāng)有一個(gè)以上的組成，情況變得比與板上只是一個(gè)單一的部件要復(fù)雜得多。有通過(guò)PCB的組件和相鄰卡之間組件之間傳導(dǎo)耦合，以及輻射和對(duì)流耦合。一個(gè)簡(jiǎn)單的PCB與兩個(gè)組件是如圖4所示的兩個(gè)組件的功耗被假定為P1和P2，并且假定我們可以忽略的輻射熱傳遞。每個(gè)設(shè)備下的電路板溫度TB1和Tb2的分別。我們還假設(shè)板上的兩個(gè)組件之間的橫向阻力θb1b2。

印刷電路板具有兩個(gè)構(gòu)成部件的概略

圖4：有兩個(gè)組成部分PCB的簡(jiǎn)單示意圖。

PCB的電阻網(wǎng)絡(luò)具有兩個(gè)分量的圖像

圖5：在PCB與兩種組分的簡(jiǎn)單的電阻網(wǎng)絡(luò)。