熱分析探討
首先提一下熱分析的概念哈,我們可以用各種手段完成,包括仿真軟件,手算,實際測試等等,器件發熱會導致很多問題:
1.半導體損耗 : 通常,急劇上升的溫度可能容易導致超過器件使用范圍。
2.過大溫差引起的機械應力:導致脆弱的結構部分受力過大(焊點),和早期失效。????
3.壽命降低 : 隨著每10 °C溫度的升高,機械失效的概率將成倍增加。
我們一定要把下面這個圖搞搞清楚,我們一般可以很多器件都會標明junction溫度,這個實際上是器件的極限溫度,如果我們把器件設計在這個溫度下長期工作,我想這樣的設計會讓人崩潰的。
呵呵,我們一般都會加一個余量,這個余量根據我們認知的不同可大可小,一般呢根據經驗取20%~40%不等。
由于歷史原因,對分立器件的“結溫”實質上是PN交界處結溫度(整流二極管,雙極晶體管),普遍的來說,元器件的結溫指的是在設備最熱的地方(硅片)。
結溫受以下幾個方面的影響:
元器件本身的功耗,元器件所處的環境溫度,元器件的“應用”環境,元器件的封裝。
發生傳熱的途徑一般通過三種途徑:1.傳導 2.輻射 3.對流
傳導是通過材料的傳熱,從最熱的地方傳向最冷的地方。類似于電流傳導,可以采用(熱)歐姆定律來表述:
常用的傳導材料的參數:
★在實踐中,通過空氣傳導散熱可以忽略不計(比較Rw數字遠遠大于其他材料)。
★元件的散熱片上安裝的'接觸'電阻是非常重要的(特別當設備必須與散熱片隔離的時候)。
輻射:輻射熱是通過電磁波,取決于表面處理和表面的溫度情況(輻射系數)。
表面輻射系數:
元器件本身的功耗,元器件所處的環境溫度,元器件的“應用”環境,元器件的封裝。
發生傳熱的途徑一般通過三種途徑:1.傳導 2.輻射 3.對流
傳導是通過材料的傳熱,從最熱的地方傳向最冷的地方。類似于電流傳導,可以采用(熱)歐姆定律來表述:
常用的傳導材料的參數:
★在實踐中,通過空氣傳導散熱可以忽略不計(比較Rw數字遠遠大于其他材料)。
★元件的散熱片上安裝的'接觸'電阻是非常重要的(特別當設備必須與散熱片隔離的時候)。
輻射:輻射熱是通過電磁波,取決于表面處理和表面的溫度情況(輻射系數)。
表面輻射系數:
★輻射由于缺乏輻射系數的信息而顯得計算復雜,一般系數介于0.03和1,實際需要通過測量才能確定確切的數字。
★在非常高的表面溫度的輻射對于傳熱的貢獻急劇增加,但在更多實際情況中,一般之只能處理5%(拋光面)到40%(黑面)的熱量。
★如果輻射能量通過相鄰的物體表面反射,輻射的效果將會減少,這所謂的'屏蔽效應'(彎曲的散熱片的邊緣)
熱對流
熱對流是通過沿散熱片表面流動的空氣中散發熱量,不同的表面處理,實際中熱對流散發60%至90%的熱量。
實際計算過程中,熱對流是相當麻煩的:
★溫度依賴性
表面溫度越高,對流會加大。(溫度上身35℃,對流增加約5%)。
★表面'接觸'的長度和方向。
上升的熱空氣造成的空氣在垂直面上最動蕩,正方形為最好方案。同樣表面積的正方形散熱片比矩形的2對流增加約15%)
★橫向氣流下沉
橫向散熱片沿頂部表面的氣流并不是有限的,效果是與垂直的散熱片相若。表面朝下氣流'屏蔽'的散熱片,從而降低了約50%的效果。水平散熱片對流散熱效果約為縱向散熱片的75%。
★'屏蔽效應'如果熱表面距離太近,空氣流動的干擾(動蕩),再次降低了冷卻效果。如果表面間隔為10-15毫米外,其效果就影響不大了。
綜合上述效應:
在良好的布局,熱空氣是遠離熱點,新鮮的空氣通過印刷電路板降低散熱。
印刷電路板板上為了提高氣體流動所開的孔的效果,很大程度上取決于實際產品的氣流狀況。