1、熱阻及PCB散熱基本知識(shí) 2012-5-20,芯片發(fā)燒怎么辦,1.熱阻的概念,熱量在熱流路徑上遇到的阻力，反映介質(zhì)或介質(zhì)間的傳熱能力的大小，表明了 1W熱量所引起的溫升大小，單位為/W或K/W。 如圖，假設(shè)芯片耗散功率為2W， 即ja（150-24）/263 /W 導(dǎo)熱系數(shù)：穩(wěn)定傳熱條件下，1m厚的材料，兩側(cè)表面的溫差為1度）,在1秒內(nèi)，通過(guò)1平方米面積傳遞的熱量，用表示，單位為瓦/米度，w/mk,1.熱阻的概念,一些材料的熱阻系數(shù)（導(dǎo)熱系數(shù)的倒數(shù)） 鉆石 0.06 銀0.10 銅0.11 金 0.13 鋁0.23 氧化鈹瓷0.24 錫 0.60 碳5.7 水63 塑料 190 空氣2280,

2、2.熱阻的計(jì)算及應(yīng)用, 芯片的熱參數(shù) ja: 芯片結(jié)到空氣的熱阻 jc: 芯片結(jié)到外殼的熱阻 ca: 芯片外殼到空氣的熱阻，理想時(shí)ja jc+ ca Tj：最高結(jié)溫（當(dāng)溫度高于此時(shí)，芯片損壞或自動(dòng)保 護(hù)）,2.熱阻的計(jì)算及應(yīng)用, 在設(shè)計(jì)初考慮熱阻 設(shè)計(jì)階段，可通知計(jì)算熱阻來(lái)確定芯片是否適用或者是否需要額外的措施散熱。 如：使用1117 LDO，輸入5V，輸出3.3V，電流200mA；判斷是否有問(wèn)題 查得：223封裝的LDO， jc33 , ca=150 , Tj =150 計(jì)算PD = （5-3.3）*0.200 = 0.34W Tc = 45（假設(shè)環(huán)境溫度）+0.34*15096 Tj= 9

3、6+33*0.34=107.2150 可以基本確認(rèn)，芯片能滿足使用要求，但實(shí)際應(yīng)用中， jc及ca會(huì)隨使用的情況變化，如何計(jì)算？,2.熱阻的計(jì)算及應(yīng)用, 精確定位熱阻 要知道準(zhǔn)確的ja怎么辦？ 1. 測(cè)試準(zhǔn)確的Tj 令Vin=Vout+1V，Iout0,此時(shí)可認(rèn)為T(mén)jTc; 在恒溫箱內(nèi)提高溫度，直到芯片保護(hù)，得到準(zhǔn) 確的Tj； 2. 在常溫下，加大Iout，直至芯片保護(hù)。通過(guò) ja=(Tj-Ta)/Pd，得到j(luò)a 3. 得到準(zhǔn)確的ja后，可以有效的計(jì)算不同使用情 況下的結(jié)溫，溫升等數(shù)據(jù)。,3. 影響芯片溫度的其它因素, 芯片的封裝，工藝，材料變化都有影響，如： 不同的芯片封裝有不同的散熱途徑,

4、在自然對(duì)流時(shí)，QFP、BGA以及FCOB熱傳向下方PCB的比例分別為85%，88%以及95%。,3. 影響芯片溫度的其它因素, 散熱焊盤(pán)，散熱孔 芯片增加散熱焊盤(pán)后，會(huì)改變ca，jc也會(huì)有小幅 變化（具體怎么算？） 散熱焊盤(pán)增大到一定程度后，作用變化不大。 散熱孔能把熱量導(dǎo)到其它層，增大散熱效果 實(shí)際測(cè)試，塞阻孔（防滲錫）跟不塞孔效果 相差不大。,3. 影響芯片溫度的其它因素, 散熱片 A提高散熱面積 B提高換熱系數(shù) C提高發(fā)射率 ：表面涂漆，噴沙，陽(yáng)極氧化 注：散熱片與芯片間要涂上硅膠等材料，保證充分接觸,散熱片設(shè)計(jì),3. 影響芯片溫度的其它因素,熱管散熱器：熱管是一種依靠?jī)?nèi)部工質(zhì)相變進(jìn)行高

5、效熱量傳遞的導(dǎo)熱元件，通過(guò)在散熱器基板埋入及穿FIN等手段實(shí)現(xiàn)散熱器基板的均溫及提高翅片效率等，從而實(shí)現(xiàn)散熱器整體性能的大幅提升。,3. 影響芯片溫度的其它因素,界面導(dǎo)熱材料 金屬材料，Sn/Pb焊料； 導(dǎo)熱硅脂 導(dǎo)熱硅橡膠 膠水，315膠 導(dǎo)熱粘性膜 導(dǎo)熱絕緣熱片等等,3. 影響芯片溫度的其它因素, 板材的影響 FR4,鋁基，陶基 FR4 導(dǎo)熱系數(shù)0.3W /(m*K) 純鋁 導(dǎo)熱系數(shù)為236 W/(m*K） 銅 導(dǎo)熱系數(shù)380W /(m*K) 陶基 導(dǎo)熱系數(shù)變化大，看工藝， 大的可220 W /(m*K) 溫度特性好 注意：PCB基材的熱膨脹系數(shù)跟銅鉑最好一致,3. 影響芯片溫度的其它因素, PCB布局 熱元件靠上放 熱元件分開(kāi)放 PCB垂直放時(shí)比平放散熱效果好,3. 影響芯片溫度的其它因素, 機(jī)箱散熱 在機(jī)箱/機(jī)器后殼的底部，頂部開(kāi)窗，可利用煙囪效應(yīng)形成氣流散熱； 發(fā)散元件上方盡量不要放高大元件，影響散熱； 利用風(fēng)扇