隨著對(duì)更小，更快和更高功率器件的持續(xù)工業(yè)趨勢(shì)，熱管理變得越來越重要。不僅設(shè)備趨向于小型化，而且安裝在其上的電路板也在縮小。將器件單元盡可能靠近地放置在更小的板上有助于降低整個(gè)系統(tǒng)尺寸和成本，并提高電氣性能。這些改善當(dāng)然很重要，但從熱的角度來看，在減小尺寸的同時(shí)提高功率會(huì)帶來更多的散熱挑戰(zhàn)。正是這種“功率密度”的提高推動(dòng)了業(yè)界對(duì)熱管理的高度重視。
為了幫助板級(jí)和系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)人員，芯片廠家會(huì)產(chǎn)品數(shù)據(jù)表中提供標(biāo)準(zhǔn)化的熱阻數(shù)據(jù)，最常見的是Theta-JA。本文內(nèi)容有助于理解和使用這些熱阻或“theta”。同時(shí)還討論了稱為“psi”的幾個(gè)熱特性參數(shù)。
 
熱阻的概念
表征封裝器件的熱性能的常見方法是用“熱阻”表示，用希臘字母“θ (theta)”或字母R（本文中用θ）表示。對(duì)于半導(dǎo)體器件，熱阻表示在芯片表面耗散的熱量對(duì)芯片結(jié)溫的穩(wěn)態(tài)溫度的上升。其單位為℃/W。

最常見的例子是Theta-JA（結(jié)到環(huán)境熱阻），Theta-JC（結(jié)到殼熱阻）和Theta-JB（結(jié)到板熱阻）。當(dāng)知道參考（即環(huán)境，箱子或板）溫度，功耗以及相關(guān)的θ值時(shí)，可以計(jì)算結(jié)溫。 Theta-JA通常用于安裝在環(huán)氧基PCB上的部件的自然和強(qiáng)制對(duì)流空氣冷卻系統(tǒng)。當(dāng)封裝具有直接安裝到PCB或散熱器的高導(dǎo)熱封裝時(shí)，Theta-JC非常有用。而Theta-JB則適用于與封裝相鄰的板的溫度已知時(shí)的應(yīng)用場(chǎng)景。

除了這些Theta熱阻之外，psi-JB（結(jié)到板）和psi-JT（結(jié)到頂部）熱特性參數(shù)有時(shí)也是比較有用的。對(duì)于在板上通電的器件，這些psi信息顯示圖結(jié)溫和電路板溫度或“封裝頂部”溫度之間的相關(guān)性。術(shù)語“psi”用于將它們與“θ”熱阻區(qū)分開，因?yàn)?theta;不是所有的熱實(shí)際上在溫度測(cè)量點(diǎn)與psi之間流動(dòng)。 由于這個(gè)原因，所以它們不是真正的熱阻，而是熱特性參數(shù)。
 
相關(guān)術(shù)語
•TJ = 結(jié)溫，℃
•TC = 封裝殼溫，℃
•TB =與封裝相鄰的板溫度，℃
•TT =包裝頂部溫度中心，℃
•TA =環(huán)境空氣溫度，℃
•θJA（Theta-JA）=熱阻結(jié)到環(huán)境溫度，℃/W
•θJC（Theta-JC）=熱阻結(jié)至外殼，℃/W
•θJB（Theta-JB）=熱阻結(jié)對(duì)板，℃/ W
•ΨJB（Psi-JB）=結(jié)到板表征參數(shù)，℃/ W
•ΨJT（Psi-JT）=結(jié)到封裝）特性參數(shù)，℃/W
•P =器件消耗的功率，W

θJA



定義：θJA=（TJ-TA）/ P
θJA=結(jié)點(diǎn)到環(huán)境的熱阻，℃ / W
TJ =結(jié)點(diǎn)溫度，℃
TA =環(huán)境空氣溫度，℃
P =器件功耗，W
示例：為了確定theta-JA，所需的實(shí)驗(yàn)室測(cè)試或模型數(shù)據(jù)是TJ，TA和P.如果TJ = 80℃，TA = 25℃，并且P= 1.0W，則：
θJA=（80℃-25℃）/ 1.0W = 55℃/ W。

用法公式：
在θJA，TA和P已知的情況下，則：TJ = TA +（θJA* P）
示例：如果Theta-JA = 55℃ / W，假設(shè)系統(tǒng)中Ta = 35℃，并且穩(wěn)態(tài)功率的器件是P = 0.6W，則：TJ = 35℃+（55℃/ W * 0.6W）= 68℃
 θJA的要點(diǎn)：
•表示熱流通過發(fā)熱結(jié)和環(huán)境空氣之間的路徑的難易程度。
•θJA主要用于一個(gè)封裝器件與另一個(gè)封裝器件的性能比較。
•較低的值表示更好的性能。
•由于θJA高度依賴于電路板設(shè)計(jì)，因此測(cè)試時(shí)必須基于使用標(biāo)準(zhǔn)化的測(cè)試板。


θJA參數(shù)的應(yīng)用
可以認(rèn)為，在標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)試中θJA表現(xiàn)更好的設(shè)備，在類似設(shè)計(jì)的實(shí)際系統(tǒng)中也將表現(xiàn)更好。這有助于選擇組件或封裝設(shè)計(jì)，但是當(dāng)將供應(yīng)商的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)參數(shù)擴(kuò)展到終端應(yīng)用時(shí)，請(qǐng)務(wù)必記住，它們是基于特定的測(cè)試條件的。
但是不能認(rèn)為將θja值（對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試板上的單個(gè)器件）用于預(yù)測(cè)器件在最終應(yīng)用板上的溫度上升。真實(shí)性能將受到很多實(shí)際因素的影響。
 
θJC

定義：θJC=（TJ-TC / P
θJC=結(jié)至外殼的熱阻，℃/ W
TJ =結(jié)點(diǎn)溫度，℃
TC = 殼溫，℃
P =器件功耗，W

應(yīng)用公式：
在θJC，TC和P已知的情況下，則：TJ = TC +（θJC* P）

 θJC的要點(diǎn)：
•表示在發(fā)熱結(jié)與封裝頂部或底部之間熱量的傳遞能力。
•測(cè)量時(shí)將封裝頂部或底部表面安裝到散熱片上。如果未明顯指出位置，應(yīng)說明測(cè)試時(shí)所應(yīng)用的表面。

•θJC值適用于：
- 一個(gè)封裝器件的性能比較（較低的值表示較好的性能）。
- TJ的計(jì)算。
- 計(jì)算整體熱阻
θJC作為熱阻的一部分，一般與下面參數(shù)有關(guān)：
- 頂部或底部安裝到外部散熱器的塑料封裝。
- 帶底部電極墊的塑料封裝，焊接到熱增強(qiáng)型PCB。
- 安裝在外部散熱器上的陶瓷和金屬外殼封裝。
•主要取決于θJC熱流路徑中器件材料的厚度，面積和導(dǎo)熱系數(shù)。


定義：θJB=（TJ-TB / P
θJB=結(jié)到板的熱阻，℃ / W
TJ =結(jié)點(diǎn)溫度，℃
TB =與封裝相鄰的板溫度，℃
P =器件消耗的功率，W

應(yīng)用公式：
在θJB，TB和P已知的情況下，則：TJ = TB +（θJB* P）
θJB的要點(diǎn)：

•數(shù)據(jù)表θJB值適用于：
- 一個(gè)封裝設(shè)備與另一個(gè)封裝設(shè)備的性能比較。
- 應(yīng)用PCB上的器件的TJ上升高于Tb的計(jì)算。
- 計(jì)算整體熱阻


定義：ΨJB=（TJ-TB）/ P
ΨJB（Psi-JB）=結(jié)到板表征參數(shù)，℃ / W
TJ =結(jié)點(diǎn)溫度，℃
TB =與封裝相鄰的板溫度，℃
P =器件消耗的功率，W
用途：了解ΨJB，獲得在應(yīng)用PCB上通電的器件的TJ：

1）在一側(cè)中心的銅跡線上測(cè)量封裝邊緣附近的板溫度。
2）確定器件消耗的功率。
3）計(jì)算：TJ = TB +（ΨJB* P）
ΨJB的要點(diǎn)：
•特性參數(shù)，而不是“真實(shí)”熱阻。
•用于計(jì)算應(yīng)用PCB上器件的TJ上升超過TB。
•JESD51-6θJA標(biāo)準(zhǔn)中的可選測(cè)試。
•通常使用1S2P或1S2P + Vias板測(cè)量。
。
ΨJB對(duì)θJB：
希臘字母“psi”用于區(qū)分ΨJB和θJB，因?yàn)椴⒉皇撬械臒崃繉?shí)際上在溫度測(cè)量點(diǎn)（即結(jié)點(diǎn)和板）之間流動(dòng)，類似于θJB。這是因?yàn)?Psi;JB測(cè)試的設(shè)置不會(huì)像θJB那樣強(qiáng)制所有熱流從板子流過。因此，ΨJB不是“真正的”熱阻。

使用ΨJB測(cè)試，器件熱量可以從封裝頂部和底面同時(shí)散出;因此Ψjb將總是具有比θJB小的值。然而，事實(shí)證明，對(duì)于大多數(shù)常見的中小型包裝，這兩個(gè)值將是相似的 - 通常在15％內(nèi)。因此，有時(shí)報(bào)告ΨJB代替θJB。


定義：ΨJT=（TJ-TT）/ P
ΨJT（Psi-JT）=結(jié)到（封裝）特性參數(shù)，℃ / W
TJ =結(jié)點(diǎn)溫度，℃
TT =封裝頂部溫度中心，℃
P =器件功耗，W

用途：了解ΨJT，獲得在PCB器件的TJ：
1）測(cè)量中心處的Top_of_package溫度。
2）確定器件消耗的功率。
3）計(jì)算：TJ = TT +（ΨJT* P）

ΨJT的要點(diǎn)：
•熱特性參數(shù)，而不是“真實(shí)”熱阻。
•用于計(jì)算TJ。


ΨJT和θJC：
值得注意的是，ΨJT與θJC不同，只有當(dāng)封裝表面安裝到散熱器上時(shí)才適用。測(cè)試方法和結(jié)果值是非常不同的。事實(shí)上，如果在同一封裝上測(cè)量ΨJT和θJC（在頂表面處），則ΨJT通常將遠(yuǎn)小于θJC。希臘字母“psi”用于幫助清楚地區(qū)分ΨJT和θJC熱電阻。

在自然對(duì)流下，塑料封裝的ΨJT通常是相對(duì)較低的值。這意味著TJ通常只比包裝頂部TT稍熱。管芯僅通過塑料封裝的薄區(qū)域與頂表面物理分離。因此，除非頂部被氣流強(qiáng)行冷卻，否則它們之間將有非常小的溫差。較薄型的封裝的自然對(duì)流ΨJT值通常小于1℃ / W。并且ΨJT值還會(huì)因周圍風(fēng)流速度的變化而發(fā)生變化。

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