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06-18
在热特性和测试条件过程中，必须使用符合JEDEC标准的方法和设备来测量IC封装的热特性。
不同应用特定电路板上的热特性有不同的结果。
据了解， JEDEC中定义的结构配置并不反映实际应用中的典型系统，但为了一致性，采用了标准化的热分析和热测量方法。
这有助于比较不同封装版本的热性能指标。
为保证产品的高可靠性，在选择IC封装时应考虑其热管理指标。
所有 IC 在通电时都会产生热量。
为了确保器件的结温低于最高允许温度，IC 通过封装向周围环境有效散热非常重要。
本文帮助设计人员和客户了解 IC 热管理的基本概念。
在讨论封装的导热系数时，我们将从热阻和每个“theta”值的含义开始定义热特性的重要参数。
本文还提供了热计算公式和数据，以获得正确的结（芯片）温度、外壳（封装）温度和电路板温度。
热阻的重要性 半导体热管理技术涉及到热阻，它是描述材料导热特性的重要指标。
计算时，热阻用“Theta”表示，它源自希腊语拼写“thermos”，意为“热”。
耐热性对我们来说尤为重要。
IC 封装的热阻是衡量封装将芯片产生的热量传导到电路板或周围环境的能力的指标。
给定两个不同点的温度，从一点到另一点的热流完全由热阻决定。
如果 IC封装的热阻已知，则可以根据给定的功耗和参考温度计算IC的结温。
常用的IC热阻值在Maxim网站上给出（制造商、布局、产品、QA/可靠性、采购信息）。
定义 以下部分给出了 Theta (θ) 和 Psi (Ψ) 的定义。
这些标准参数用于表示 IC 封装的热特性。
θJA 是结点到周围环境的热阻，单位为°C/W。
周围环境通常被视为热“地面”点。
θJA 取决于 IC 封装、电路板、气流、辐射和系统特性，一般可以忽略辐射的影响。
θJA特指自然条件下（无通风措施）下的值。
θJC 是从结点到外壳的热阻，可以将其视为封装外表面上的特定点。
θJC 取决于封装材料（引线框架、成型材料、芯片连接材料）和具体封装设计（芯片厚度、裸露焊盘、内部散热孔、所用金属材料的导热率）。
对于带引脚的封装，外壳上 θJC 的参考点位于从塑料外壳延伸出来的引脚 1 处。
在标准塑料封装中，θJC 的测量位置位于引脚 1 。
对于带有裸露焊盘的封装，θJC 是在裸露焊盘表面的中心点测量的。
θJC 的测量方法是将封装直接放置在“无限散热器”设备上，该设备通常是液冷铜板，能够吸收任意量的热量而没有热阻。
该测量方法假设从芯片到封装表面的所有热传递都是通过传导进行的。
注意，θJC 仅代表从散热路径到封装表面的电阻，因此 θJC 始终小于 θJA。
θJC 表示通过传导方式传递热量的特定散热路径的热阻，而 θJA 表示通过传导、对流、辐射等方式进行热量传递的散热路径的热阻。
θCA 指从外壳到周围环境的热阻。
θCA 包括从封装外表面到周围环境的所有热路径的热阻。
根据上面给出的定义，我们可以知道： θJA = θJC + θCA θJB是指从结点到电路板的热阻，它量化了从结点到电路板的热路径。
通常 θJB 的测量位置是在靠近封装引脚 1 的电路板上（距封装边缘的距离小于 1mm）。
θJB 包括来自两个来源的热阻：从 IC 结点到封装底部参考点的热阻，以及封装底部电路板的热阻。
测量θJB时，首先阻挡封装表面的热对流，并在电路板远离封装的一侧安装散热器。
如下图1所示： 图1. θJB测量过程示意图 ΨJB是结点到电路板的热特性参数，单位为°C/W。
JESD51-12–Guidelines for Reporting and Use Package Thermal Information一文明确指出热特性参数和热阻是不同的。
与热阻 θJB 测量中的直接单路径不同，ΨJB 测量的元件功率通量是基于多条热路径。
由于这些 ΨJB 的热路径包括封装顶部的热对流，因此更加用户友好。
有关 ΨJB 参数的更详细说明，请参阅 JEDEC 标准的 JESD51-8 和 JESD51-12 部分。
设计者可以通过热建模或直接测量来确定θJB和ΨJB的值。
对于以上任一方法，请参见以下步骤： 将功耗控制在适合θJB或ΨJB的范围内。
测量芯片温度通常使用片上二极管来完成。
测量距封装边缘小于 1mm 的 PCB 温度。
测量功耗。
ΨJT 是结温与封装顶部温度之间温度变化的特征量度。
当封装顶部温度和功耗已知时，ΨJT 有助于估计结温。
热计算 结温 TJ = TA + (θJA × P) 其中： TJ = 结温 TA = 环境温度 P = 功耗，单位为 W TJ，也可以使用 ΨJB 或 ΨJT 的值来计算，例如： TJ = TB + (ΨJB × P) 其中： TB = 电路板温度小于距离封装 1mm TJ = TT + (ΨJT × P) 其中： TT = 在封装顶部中心测量的温度。
注：产品数据表给出了每个器件的最大允许结温。
最大允许功耗 Pmax = (TJ-max - TA) / θJA Maxim 产品中列出的最大允许功率是在环境温度 °C 和最大允许结温 °C 下测得的下面给出。
降额系数 该系数描述了环境温度每升高1°C应降低的功耗值，单位为mW/°C。
降额系数 = P / (TJ - TA) 其中： TA 的典型值为 °C（商业）。
TJ 是最大允许结温，通常以 °C 为单位。
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