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半导体元器件的热设计:传热和散热路径
发布日期:2024-09-07 07:44     点击次数:161
热量通过物体和空间传递。传递是指热量从热源转移到他处。

三种热    传递形式热传递主要有三种形式:传导、对流和辐射。・传导:由热能引起的分子运动被传播到相邻分子。・对流:通过空气和水等流体进行的热转移・辐射:通过电磁波释放热能

三种热传递形式

散热路径产生的热量通过传导、对流和辐射的方式经由各种路径逸出到大气中。由于我们的主题是“半导体元器件的热设计”,因此在这里将以安装在印刷电路板上的IC为例进行说明。

半导体元器件的热设计

热源是IC芯片。该热量会传导至封装、引线框架、焊盘和印刷电路板。热量通过对流和辐射从印刷电路板和IC封装表面传递到大气中。可以使用热阻表示如下:

IC截面图

上图右上方的IC截面图中,每个部分的颜色与电路网圆圈的颜色相匹配(例如芯片为红色)。芯片温度TJ通过电路网中所示的热阻达到环境温度TA。采用表面安装的方式安装在印刷电路板(PCB)上时,红色虚线包围的路径是主要的散热路径。具体而言,热量从芯片经由键合材料(芯片与背面露出框架之间的粘接剂)传导至背面框架(焊盘),然后通过印刷电路板上的焊料传导至印刷电路板。然后,该热量通过来自印刷基板的对流和辐射传递到大气中(TA)。其他途径还包括从芯片通过键合线传递到引线框架、再传递到印刷基板来实现对流和辐射的路径, 芯片采购平台以及从芯片通过封装来实现对流和辐射的路径。如果知道该路径的热阻和IC的功率损耗,则可以通过电子元器件采购平台前面文章给出的热欧姆定律来计算温度差(在这里为TA和TJ之间的差)。就如本文所讲的,所谓的“热设计”,就是努力减少各处的热阻,即减少从芯片到大气的散热路径的热阻,最终TJ降低并且可靠性提高。关键要点:・热阻是表示热量传递难易程度的数值。・热阻的符号为Rth和θ,单位为℃/W(K/W)。・可以用与电阻大致相同的思路来考虑热阻。