标签: 产品可靠性

  0. 序言   热设计的范畴和意义 热设计的基本概念 热设计的方法 热仿真 热测试   1. 热设计的范畴和意义       2. 热设计的基本概念   器件温度等级 --------------------------------------------------------- 商业级Commercial（0℃~70℃）； 工业级Industrial（-40℃~85℃）； 汽车级Automotive（-40℃~105℃）； 军工级military（-55℃~125℃）；   器件通常涉及到的三种不同温度 --------------------------------------------------------- Ambient Temperature 环境温度 Case Temperature 器件封装外壳温度 Junction Temperature 器件结温（半导体核心的温度）   三种不同热阻的概念 --------------------------------------------------------- 热阻Rja：芯片的热源结（junction）到周围冷却空气（ambient）的总热阻， 热阻Rjb：芯片的结与PCB板间的热阻， 热阻Rjc：芯片的热源结到封装外壳间的热阻，   热阻、热流、温度的关系（热路定理） --------------------------------------------------------- 热路与电路的对应关系 热阻                           电阻 热流（功耗）           电流 温度（温升）           电压（电位差）   电压 = 电阻 * 电流 温升 = 热阻 * 功耗   --------------------------------华丽的分割线----------------------------------- 无散热器（Heatsink）情况下的热路定理 TJ = TT + P *ΨJT   Where: „TJ = junction temperature at steady-state condition, oC „TT = package case to center temperature at steady-state condition, oC „P = device power dissipation, Watts „ΨJT = package thermal characteristics (no air flow), oC/W 【 Junction to Case Temperature ΘJc】   --------------------------------华丽的分割线----------------------------------- 有散热器（Heatsink）情况下的热路定理 TJ = TT + P *   Where: „TJ = junction temperature at steady-state condition, oC „TT = package case to center temperature at steady-state condition, oC „P = device power dissipation, Watts „ΨJT = package thermal characteristics (no air flow), oC/W 【 Junction to Case Temperature ΘJc】 „RHS=thermal impedance of heat sink. oC/W „Ra= thermal impedance of adhesive between heat sink and IC surface. oC/W   总结【散热片】 从公式中可以看出，增加散热片本质上就是减小junction到case的结温， 类似于两个电阻并联引起总的阻值变小，热阻的并联也会导致总的热阻下降。 由于ΨJT值固定不变（ΨJT 为case to junction thermal resistance），所以散热片到case（散热片到导热胶的热阻 以及 导热胶到散热片的热阻，这两个热阻串联，所以为两者之和）的结温越小，等效于减小case到junction之间的热阻，使得在固定的环境温度下，增加散热片比不加散热片时器件的结温降低。   3. 热设计的方法       4. 热仿真       5. 热测试   1. 如何确认热仿真的准确度？ 2. 如何确认热设计满足产品设计要求？ 3. 如何确认芯片的结温没有超过器件规格？ 答案是通过热测试来确认上述三个问题。   结温是芯片内部半导体的问题，隐藏在芯片外部包裹的陶瓷之内，所以没有办法直接测试芯片的结温。但我们可以通过芯片的壳温利用热流公式间接得到芯片的结温值。   一般可靠性设计中，对芯片结温的降额为规格值的90%。 假如芯片的结温最大值为120℃，通过测试壳温得到的结温不超过120*90%℃，则可以判定针对该芯片的热设计是通过的。   无散热片 TT Derating-Limit≦ TJ*90% - P *ΨJC   有散热片 TT Derating-Limit ≦TJ*90% - P *   如果实测的case temperature小于或等于TT Derating-Limit，则可判定该器件的热设计是通过的，当单板或整机所有器件都通过，则单板或整机的热设计可以确认没有问题。