热表征参数简介

在本系列的先前文章中，我们研究了IC包的两个重要的热性能指标，junction-to-thermal(或θ_贾）和junction-to-case(θ_JC.）热阻。我们还讨论了测量θ的测试条件_贾和如何设计θ_JC.用散热器．

在这篇文章中，我们将讨论热电阻不能提供我们需要的所有热信息。还有另一组热数据，称为热表征参数(用希腊字母Psi (Ψ)表示)，根据应用有时甚至更有用。

测量热阻的挑战

根据定义，热阻是两点之间的温差除以从一个点流到另一个点的热功率。测量热阻并不总是直截了当的。在芯片中产生的热量可以采取许多不同的热路径以将包装出来进入周围环境。与总芯片功率不同，流过一定路径的热量不能容易地确定。这使得测量挑战的路径的热阻。

为了避免这个问题，我们可以使用实验设置，从而强制IC产生的近100％的热量流过感兴趣的热路径。例如，为了测量与外壳的热阻，我们考虑除封装表面之外的所有表面都绝缘。对于θ._JC.测试，该封装表面连接到铜冷板上。通过这种方式，我们可以简单地测量结和壳体之间的温差，并通过芯片总功率除以以获得θ_JC.．

热阻并不能说明一切

如上所述，在特定的测试条件下测量热阻。这些测试条件可能与我们的设计截然不同。只有当其测量过程类似于我们的应用环境时，才能将给定的热阻应用于我们的设计。例如，如果我们打算使用散热器，θ_JC.参数可以给我们一个准确的估计结温度，因为很大一部分热量将流出散热器，因为它在θ的情况下_JC.测量。

但没有散热器的应用程序怎么样？

在这种情况下，所产生的热量可以通过许多可用的热路径和θ流动_JC.这不是一个有用的热度量。这就是为什么除了报告不同的热阻外，制造商发现在类似于典型应用环境的条件下描述集成电路的热性能是有益的。用希腊字母Psi (Ψ)表示的热表征参数为我们提供了这样的热数据。

我们将讨论以下参数是数学构造而不是真正的热阻。

结顶热表征参数(Ψ_JT.）

ψ_JT.是连接和封装顶面之间的温差除以芯片“总功率”。你可能想知道这是否与θ一样_JC,为我们提供。与θ不同_JC,测试设置，Ψ_JT.测量不限制热功率只流出顶部表面。相反，如下图所示，热量被允许沿着所有可用的热路径正常流动。

ψ_JT.测量过程。图片由Richtek．

这种测量是否使用标准板?根据JESD51-12指南，“热表征参数Ψ_JT.和Ψ_jb.（稍后讨论）由供应商同时衡量在与θ相同的环境中_贾或θ气象厅”。然而，似乎一些制造商使用JEDEC标准板和用户定义的评估板（EVB）进行测量。

甚至在JEDEC类型的板上，Ψ_JT.可以更准确地估计特定于应用程序的电路板的热性能。这是因为热流不受限制，并且在类似于典型应用板的不同路径之间具有划分。

我们如何使用Ψ_JT.？

有ψ_JT.，我们可以得到安装在应用PCB上的器件的结温。我们只需要测量外壳温度(T_C)，并确定芯片总功率(P_T）。结温（T_J）现在可以获得：

\[T_J =T_C + P_T \times \psi_{JT}\]

记住θ_JC.而不是Ψ_JT.应该在施用散热器时使用。

ψ_JT.不是真正的热电阻

获得ψ_JT.，结与外壳之间的温度差除以“芯片总功率”。使用ΨJT测量过程，热量不受限制只流出包装表面。因此，只有一部分总热功率从模具流到封装的顶部。

自从Ψ_JT.方程将温度delta除以“总芯片功率”，而不是实际流出表面的部分，它被认为是一个数学结构，而不是一个真正的热电阻。这种数学结构使我们能够以可接受的精度描述应用环境中发生的热流划分。

因此，这使得准确估计安装在应用PCB上的器件的结温成为可能。希腊字母psi用于热表征参数，以清楚地将它们与用字母theta表示的热阻区分开来。

典型Ψ_JT.值

ψ_JT.是板特性和气流条件的函数。适用于塑料包装，ψ_JT.在自然对流条件下，参数值相对较低。这与气流速度增加，因为气流强制冷却顶部表面。这就是为什么气流速度总是用Ψ来报道_JT.如果不是在自然对流下测量。下表给出了一些典型值。

以上模具的塑料模具的厚度和导热系数以及模具的尺寸是影响Ψ的一些主要因素_JT.价值。对于薄包，自然对流ψ_JT.通常小于1°C / w。厚封装或非常小的模具可以导致较大的ψ_JT.取值范围为2 ~ 10℃/W。对于包含嵌入式热塞的软件包，Ψ_JT.值可以非常接近于零。

对PCB尺寸的依赖

θ参数可以随着电路板尺寸而显着改变。例如，测量θ_贾可以从100°C/W到低至30°C/W，只需增加板的大小从0.5 in²到9 in.²．但是，对于ψ参数，电路板尺寸的依赖性将如下所示的更小。这是允许热表征参数提供准确估计结温的关键优势。

图片由“透明国际”．

结论

虽然θ如θ等热阻_贾和θ_JC.为我们提供有关IC包的热性能的一些信息，它们可能不适用于许多应用板。

补充的热信息由热表征参数(用希腊字母Psi (Ψ)表示)提供。这些实际上是数学上的构造，而不是真正的热阻。然而，它们是非常有用的数字，使我们能够准确地描述应用电路板上集成电路的热性能。

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