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芯片热设计(一)

时间:2010-09-08 15:06:23

跟著芯片的集成度、功率密度的日愈進步,芯片的溫度越來越成為系統不亂工作、機能晉昇的絆腳石。作為一個合格的電子產品設計職員,除了成功實現產品的功能之外,還必需充分考慮產品的不亂性、工作壽命,環境適應能力等等。而這些都和溫度有著直接或間接的關系。數據顯示,45%的電子產品損壞是因為溫渡過高。可見散熱設計的重要性。本文主要針對芯片的熱設計做扼要闡述,但願對您的設計可以起到指導作用。

    芯片廠家提供的芯片Datasheet是我們判定的基礎依據,所以如何理解Datasheet的相關參數將是我們進行判定的第一步。下面將對Datasheet中常用的熱參數一一說明。
 

一、 Datasheet中和散熱有關的幾個重要參數

    P--芯片功耗,單位W(瓦)。功耗是熱量產生的直接原因。功耗大的芯片,發燒量也一定大。

    Tc--芯片殼體溫度,單位℃。

    Tj--結點溫度,單位℃。跟著結點溫度的進步,半導體器件機能將會下降。結點溫渡過高將導致芯片工作不不亂,系統死機,終極芯片燒毀。
 

    Ta--環境溫度,單位℃。

    Tstg--存儲溫度,單位℃。芯片的儲存溫度。

    Rja/θja--結點到環境的熱阻,單位℃/W。
 

    Rjc/θjc--結點到芯片殼的熱阻,單位℃/W
 

    Ψjt--可以理解為結點到芯片上表面的熱阻。當芯片熱量只有部門通過上殼散出的時候的熱阻參數。
 

    LFM--風速單位,英尺/分鍾。
 

    熟悉了這些參數,接下來我們來學習如何使用他們。
 

二、 如何判定芯片溫度是否過高

    Datasheet提供的熱參數一般有下面幾種形式:
 

    提供最大Ta、Tj、P--早期的芯片Datasheet一般都是這種。理論上我們只需要保證芯片四周的環境溫度不超過這個指標就可以保證芯片可以正常工作。但是實際並非如斯。Ta這個參數是按照JEDEC尺度測試而得。JEDEC尺度是這樣定義的:把芯片置於一塊3X4.5英寸的4層PCB中間,環境溫度測摸索頭間隔這塊PCB的板邊沿12英寸。可見我們產品幾乎不可能知足這種測試前提。因此,Ta在這裡對我們來說,沒什麼意義。在這種情況下守舊的做法是:保證芯片的殼體溫度Tc﹤Ta-max,一般來說芯片是可以正常工作的。>br>
    直接提供Tc-max--這種情況相對較少,處理也相對簡朴。只需保證Tc﹤Tc-max即可。>br>
    提供Tj、Rjc/θjc、P--近2年來,跟著熱設計的重要性不斷進步,大部門的芯片資料都會提供上述參數。基本公式如下:
 

Tj=Tc+Rjc*P
 

    只要保證Tj﹤Tj-max即可保證芯片正常工作。
 

    歸根結底,我們只要能保證芯片的結點溫度不超過芯片給定的最大值,芯片就可以正常工作。

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