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作者：Robert Kollman 高級應用經理 兼科技委員會資深委員 德州儀器(TI) 過去估算半導體溫升十分簡單。您只需計算出組件的功耗，然后采用冷卻電路電模擬即可確定所需散熱片的類型。現在出于對尺寸和成本因素的考慮，人們渴望能夠去除散熱片，這就使得這一問題復雜化了。貼裝在散熱增強型封裝中的半導體要求電路板能夠起到散熱片的作用，并提供所有必需的冷卻功能。如圖 1 所示，熱量經過一塊金屬貼裝片和封裝流入印刷線路板 (PWB)。然后，熱量由側面流經 PWB 線跡，并通過自然對流經電路板表面擴散到周圍的環境中。影響裸片溫升的重要因素是 PWB 中的銅含量以及用于對流導熱的表面面積。 
圖1：熱量由側面流經 PWB 線跡，然后從 PWB 表面擴散至周圍環境。 半導體產品說明書通常會列出某種 PWB 結構下結點至周圍環境的熱阻。這就是說，設計人員只需將這種熱阻乘以功耗，便可計算出溫升情況。但是，如果設計并沒有具體的結構，或者如果需要進一步降低熱阻，那么就會出現許多問題。 圖 2 所示為熱流問題的簡化電模擬，我們可據此深入分析。IC 電源由電流源表示，而熱阻則由電阻表示。在各電壓下對該電路求解，其提供了對溫度的模擬。從結點至貼裝面存在熱阻，同時遍布于電路板的橫向電阻和電路板表面至周圍環境的電阻共同形成一個梯形網絡。這種模型假設1）電路板為垂直安裝，2）無強制對流或輻射制冷，所有熱流均出現在電路板的銅中，3）在電路板兩側幾乎沒有溫差。
圖2：熱流電氣等效簡化了溫升估算。 圖 3 所示為增加 PWB 中的銅含量對提高熱阻的影響。將 1.4 mils 銅（雙面，半盎司）增加到 8.4 mils（4 層，1.5 盎司），就有可能將熱阻提高 3 倍。圖中兩條曲線：一條表示熱流進入電路板、直徑為 0.2 英寸的小尺寸封裝；另一條表示熱流進入電路板、直徑為 0.4 英寸的大尺寸封裝。這兩條曲線均適用于 9 平方英寸的 PWB。這兩條曲線均同標稱數據緊密相關，同時都有助于估算改變產品說明書電路板結構所產生的影響。但是使用這一數據時需要多加謹慎，其假設 9 平方英寸 PWB 內沒有其他功耗，而實際上并非如此。
圖3：熱流電氣等效簡化了溫升估算。 參考文獻 《電源布局考慮因素》，作者：R. Kollman，TI Unitrode 電源設計研討會手冊 SEM1600，標題 4，2004 年 5 月： http://focus.ti.com/docs/trainin ... jhtml?sku=SEM405006 《PowerPAD 散熱增強型封裝 (SLMA002D)》，作者： Steven Kummerl，德州儀器，2008 年 10 月：http://focus.ti.com/general/docs /techdocsabstract.tsp?abstractName=slma002d Robert Kollman現任 TI 高級應用經理兼科技委員會的資深委員。他擁有在電源電子領域超過 30 年的工作經驗。Robert 畢業于得克薩斯 A&M 大學 (Texas A&M University)，獲電子工程理學士學位，后又畢業于南衛理公會大學 (Southern Methodist University)，獲電子工程碩士學位。 |
