칩 방열 및 발열의 개념에 대한 토론
이 글에서는 주로 칩 방열/발열, 열 저항, 온도 상승, 열 설계의 개념을 논의합니다.
칩 가열 및 손실
한편, 칩의 전력 손실은 유효 입력 전력과 출력 전력 간의 차이를 의미하며, 이를 소산 전력이라고 합니다. 손실의 이 부분은 열 방출로 변환됩니다. 발열은 좋지 않으며 부품 및 장비의 신뢰성을 저하시킵니다. 칩이 심각하게 손상될 수 있습니다.
소비 전력, 일부 칩의 SPEC에는 이 매개변수가 있습니다. 이는 최대 허용 전력 소비를 나타내며, 전력 소비 및 열이 상응하며, 허용 전력 소비가 클수록 해당 접합 온도도 더 커집니다.
한편, 칩 소비전력은 전기기기가 단위 시간당 소비하는 에너지량을 말하며, 단위는 W(예: 2000W의 에어컨 등)이다.
열 저항 및 온도 상승
우리 모두는 눈이 식지 않고 눈이 차가워진다는 속담을 알고 있습니다. 이것은 물리적인 과정입니다. 강설은 승화와 발열의 과정이고, 눈이 녹는 것은 열을 녹이고 흡수하는 과정입니다. 칩의 온도 상승은 주변 온도(25도)에 상대적이므로 열 저항의 개념을 언급해야 합니다.
열저항이란 물체에 열이 전달될 때 물체의 양단 온도차와 열원의 힘의 비율을 말하며 단위는 도/W 또는 K/W이다. 아래 그림에 표시된 것처럼 칩이 PCB에 납땜될 때 칩의 주요 방열 경로는 세 가지이며 이는 세 가지 열 저항에 해당합니다.
1. 칩 내부에서 쉘과 핀까지의 열 저항 - 칩은 고정되어 있으며 변경할 수 없습니다.
2. 칩 핀에서 PCB 보드까지의 열 저항 - 양호한 납땜 및 PCB 보드에 의해 결정됩니다.
3. 칩 케이스에서 공기까지의 열 저항 - 방열판과 칩 주변 공간에 의해 결정됩니다. 반도체 칩 열저항 매개변수
Ta는 주변 온도, Tc는 케이스 표면 온도, Tj는 접합 온도입니다. Θja: 접합 온도(Tj)와 주변 온도(Ta) 사이의 열 저항입니다. Θjc: 접합 온도(Tj)와 케이스 표면 온도(Tc) 사이의 열 저항입니다. Θca: 케이스 표면 온도(Tc)와 주변 온도(Ta) 사이의 열 저항입니다.
열 저항의 계산 공식은 다음과 같습니다. Θja=(Tj-Ta)/Pd → Tj=Ta + Θja*Pd 여기서 Θja*Pd는 온도 상승이며 발열량이라고도 합니다. .
1. 열저항이 일정한 조건에서 소비전력 Pd가 작을수록 온도는 낮아집니다.
2. 일정한 소비전력의 경우 열저항이 작을수록 좋고, 열저항이 작을수록 방열이 좋습니다.
접합 온도 계산 오류
많은 사람들이 이 공식을 사용하여 접합 온도를 계산합니다. Tj=Ta + Θja*Pd. 이는 TI 문서에 명시되어 있지만 정확하지 않습니다.
일반적인 의미는 Θja는 PCB에 납땜된 칩의 실제 상황을 반영할 수 없는 다변수 함수이며 PCB의 설계 및 칩/패드의 크기와 강한 상관관계가 있다는 것입니다. 이러한 요소가 변경되면 Θja 값도 변경됩니다. Θja를 테스트하는 칩 제조업체와 실제 사용량에는 큰 차이가 있으므로 접합 온도를 계산하는 데 사용되므로 오류가 커집니다.
열 저항 Θja는 이러한 매개변수와 강한 상관관계가 있습니다.
동시에 Tj=Tc + Θjc*Pd 공식을 사용하여 적외선 카메라로 칩 쉘의 온도 Tc를 측정한 다음 Tj를 계산하는 것은 그다지 정확하지 않습니다. 제조업체가 제공한 Θja 및 Θjc는 칩의 열 성능을 평가하고 이를 다른 칩과 비교하는 데 더 유용할 수 있습니다.
일부 칩의 매개변수에는 ΨJT 및 ΨJB가 있습니다. 이 두 매개변수는 실제 열 저항이 아닙니다. 칩 제조업체가 ΨJT 및 ΨJB를 테스트하기 위해 사용하는 방법은 실제 장치의 응용 환경과 매우 유사하므로 접합 온도를 추정하는 데 사용할 수 있습니다. 업계에서도 채택하고 있는 것으로, 이 두 매개변수가 Θja, Θjc보다 작으므로 동일한 전력 소모 하에서 Θja로 계산한 접합 온도가 실제 온도보다 높다는 것을 알 수 있다.
ΨJT는 접합부에서 패키지 상단까지의 접합부, 즉 접합부에서 패키지 쉘까지의 매개변수를 나타내며, 계산 공식은 Tj=Tc + ΨJT*Pd이고, Tc는 칩 쉘 온도입니다. ΨJB는 보드에 대한 접합, PCB 보드에 대한 접합 매개변수를 나타냅니다. 계산 공식은 Tj=Tb + ΨJB*Pd, Tb는 PCB 보드의 온도입니다.
ΨJT 및 ΨJB를 사용하여 접합 온도를 계산할 수 있습니다.
열 설계
열 설계는 EMC 문제와 동일하므로 초기 단계에서 해결하는 것이 가장 좋습니다. 그렇지 않으면 나중에 수정하는 것이 매우 번거로울 것입니다. 설계 초기에는 구조, PCB 적층, 레이아웃, 장식 등을 고려하고, 후기 단계에서는 방열 재료를 고려한다.
