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热阻及PCB散热基本知识关耀枢－2012-5-20芯片发烧怎么办1.热阻的概念热量在热流路径上遇到的阻力，反映介质或介质间的传热能力的大小，表明了1W热量所引起的温升大小，单位为℃/W或K/W。如图，假设芯片耗散功率为2W，即θja＝（150-24）/2＝63℃/W导热系数：稳定传热条件下，1m厚的材料，两侧表面的温差为1度）,在1秒内，通过1平方米面积传递的热量，用λ表示，单位为瓦/米·度，w/m·k1.热阻的概念一些材料的热阻系数（导热系数的倒数）钻石0.06银0.10铜0.11金0.13铝0.23氧化铍瓷0.24锡0.60碳5.7水63塑料190空气22802.热阻的计算及应用①芯片的热参数θja:芯片结到空气的热阻θjc:芯片结到外壳的热阻θca:芯片外壳到空气的热阻，理想时θja＝θjc+θcaTj：最高结温（当温度高于此时，芯片损坏或自动保护）2.热阻的计算及应用②在设计初考虑热阻设计阶段，可通知计算热阻来确定芯片是否适用或者是否需要额外的措施散热。如：使用1117LDO，输入5V，输出3.3V，电流200mA；判断是否有问题查得：223封装的LDO，θjc＝33℃,θca=150℃,Tj=150℃计算PD=（5-3.3）*0.200=0.34WTc=45（假设环境温度）+0.34*150＝96℃Tj=96+33*0.34=107.2150℃可以基本确认，芯片能满足使用要求，但实际应用中，θjc及θca会随使用的情况变化，如何计算？2.热阻的计算及应用③精确定位热阻要知道准确的θja怎么办？1.测试准确的Tj令Vin=Vout+1V，Iout＝0,此时可认为Tj＝Tc;在恒温箱内提高温度，直到芯片保护，得到准确的Tj；2.在常温下，加大Iout，直至芯片保护。通过θja=(Tj-Ta)/Pd，得到θja3.得到准确的θja后，可以有效的计算不同使用情况下的结温，温升等数据。3.影响芯片温度的其它因素①芯片的封装，工艺，材料变化都有影响，如：不同的芯片封装有不同的散热途径在自然對流時，QFP、BGA以及FCOB熱傳向下方PCB的比例分別為85%，88%以及95%。3.影响芯片温度的其它因素②散热焊盘，散热孔芯片增加散热焊盘后，会改变θca，θjc也会有小幅变化（具体怎么算？）散热焊盘增大到一定程度后，作用变化不大。散热孔能把热量导到其它层，增大散热效果实际测试，塞阻孔（防渗锡）跟不塞孔效果相差不大。3.影响芯片温度的其它因素③散热片A提高散热面积B提高换热系数C提高发射率：表面涂漆，喷沙，阳极氧化注：散热片与芯片间要涂上硅胶等材料，保证充分接触散热片设计3.影响芯片温度的其它因素④热管散热器：热管是一种依靠内部工质相变进行高效热量传递的导热元件，通过在散热器基板埋入及穿FIN等手段实现散热器基板的均温及提高翅片效率等，从而实现散热器整体性能的大幅提升。3.影响芯片温度的其它因素⑤界面导热材料金属材料，Sn/Pb焊料；导热硅脂导热硅橡胶胶水，315胶导热粘性膜导热绝缘热片等等3.影响芯片温度的其它因素⑥板材的影响FR4,铝基，陶基FR4导热系数0.3W/(m*K)纯铝导热系数为236W/(m*K）铜导热系数380W/(m*K)陶基导热系数变化大，看工艺，大的可220W/(m*K)温度特性好注意：PCB基材的热膨胀系数跟铜铂最好一致3.影响芯片温度的其它因素⑦PCB布局热元件靠上放热元件分开放PCB垂直放时比平放散热效果好3.影响芯片温度的其它因素⑧机箱散热在机箱/机器后壳的底部，顶部开窗，可利用烟囱效应形成气流散热；发散元件上方尽量不要放高大元件，影响散热；利用风扇散热；电视机两侧开孔作用不大；3.影响芯片温度的其它因素⑨常用的仿真软件Fluent公司开发的IcePAKFlomerics公司开发的Flotherm