我把芯片干燒掉了？
[導讀]硬件的小伙伴應該都有“燒設(shè)備”的經(jīng)歷，芯片摸上去溫溫的，有的甚至燙手。有些芯片在正常工作時，功耗很大，溫度也很高，需要涂散熱材料。本文主要討論芯片的散熱/發(fā)熱、熱阻、溫升、熱設(shè)計等概念。開蓋后的酷睿i9-9900K上的硅脂散熱材料▉芯片發(fā)熱和損耗芯片的功率損耗，一方面指的是有效輸...
硬件的小伙伴應該都有“燒設(shè)備”的經(jīng)歷，芯片摸上去溫溫的，有的甚至燙手。
有些芯片在正常工作時，功耗很大，溫度也很高，需要涂散熱材料。
本文主要討論芯片的散熱/發(fā)熱、熱阻、溫升、熱設(shè)計等概念。
開蓋后的酷睿i9-9900K上的硅脂散熱材料
▉ 芯片發(fā)熱和損耗
芯片的功率損耗，一方面指的是有效輸入功率和輸出功率的差值，稱之為耗散功率，這部分損耗會轉(zhuǎn)化成熱量釋放，發(fā)熱并不是一個好東西，會降低部件和設(shè)備的可靠性，嚴重會損壞芯片。
耗散功率，英文為Power Dissipation，某些芯片的SPEC里面會有這個參數(shù)，指最大允許耗散功率，耗散功率和熱量是相對應的，可允許耗散功率越大，相應的結(jié)溫也會越大。
另一方面，芯片功耗指的是電器設(shè)備在單位時間中所消耗的能源的數(shù)量，單位為W，比如空調(diào)2000W等等。
▉ 熱阻和溫升
我們都知道一句話：下雪不冷化雪冷，這是一個物理過程，下雪是一個凝華放熱過程，化雪是一個融化吸熱過程。?芯片的溫升是相對于環(huán)境溫度（25℃）來說的，所以不得不提熱阻的概念。
熱阻，英文Thermal Resistance，指的是當有熱量在物體上傳輸時，在物體兩端溫度差與熱源的功率之間的比值，單位是℃/W或者是K/W。?如下圖所示，將一個芯片焊接在PCB板上，芯片的散熱途徑主要有如下三種，對應三種熱阻。
1、芯片內(nèi)部到外殼和引腳的熱阻——芯片固定的，無法改變。2、芯片引腳到PCB板的熱阻——良好的焊接和PCB板決定。3、芯片外殼到空氣的熱阻——由散熱器和芯片外圍空間決定。半導體芯片熱阻參數(shù)示意
Ta為環(huán)境溫度，Tc為外殼表面溫度，Tj為結(jié)溫。Θja：結(jié)溫（Tj）與環(huán)境溫度（Ta）之間的熱阻。Θjc：結(jié)溫（Tj）與外殼表面溫度（Tc）之間的熱阻。Θca：外殼表面溫度（Tc）與環(huán)境溫度（Ta）之間的熱阻。
熱阻的計算公式為：Θja =(Tj-Ta)/Pd?→Tj=Ta Θja*Pd其中Θja*Pd為溫升，也可以稱之為發(fā)熱量。
1、在熱阻一定的情況下，功耗Pd越小，溫度越低。2、在功耗一定的情況下，熱阻越小越好，熱阻越小代表散熱越好。
▉ 結(jié)溫計算誤區(qū)
很多人計算結(jié)溫用這個公式：Tj=Ta Θja*Pd，在TI的文檔中有說明，其實并不準確，在公眾號后臺回復關(guān)鍵詞溫升，可獲取此文檔。
大致意思就是Θja是一個多變量函數(shù)，不能反應芯片焊接在PCB板上的真實情況，和PCB的設(shè)計、Chip/Pad的大小有強相關(guān)性，隨著這些因素的改變，Θja值也會改變，芯片廠家在測試Θja時和我們實際使用情況有較大差別，所以用來計算結(jié)溫，誤差會很大。
熱阻Θja和這些參數(shù)有強相關(guān)性
同時使用Tj=Tc Θjc*Pd這個公式，用紅外攝像機測量出芯片外殼溫度Tc，然后算出Tj也是不太準確的。?廠家給出Θja和Θjc可能更多是讓我們評估芯片的熱性能如何，用于和其他芯片比較。
在某些芯片的參數(shù)中，會有ΨJT和ΨJB，這兩個參數(shù)不是真正的熱阻，芯片廠家在測試ΨJT和ΨJB的方法非常接近實際器件的應用環(huán)境，所以可以用它來估算結(jié)溫，也被業(yè)界所采用，而且可以看出，這兩個參數(shù)是要比Θja和Θjc要小的，所以在同樣的功耗下，用Θja計算得出的結(jié)溫是比實際的溫度要偏大的。
ΨJT，指的是Junction to Top of Package，結(jié)到封裝外殼的參數(shù)，計算公式為Tj=Tc ΨJT*Pd，Tc為芯片外殼溫度。ΨJB，指的是Junction to Board，結(jié)到PCB板的參數(shù)，計算公式為：Tj=Tb ΨJB*Pd，Tb為PCB板的溫度。
ΨJT和ΨJB可被用來計算結(jié)溫
▉ 熱設(shè)計
熱設(shè)計和EMC問題一樣，最好在前期就解決掉，不然后期整改很麻煩。設(shè)計前期考慮結(jié)構(gòu)、PCB堆疊、布局、擺件等，后期考慮散熱材料等方式。
今天的文章到這里就結(jié)束了，希望對你有幫助，我們下一期見。
有些芯片在正常工作時，功耗很大，溫度也很高，需要涂散熱材料。
本文主要討論芯片的散熱/發(fā)熱、熱阻、溫升、熱設(shè)計等概念。
開蓋后的酷睿i9-9900K上的硅脂散熱材料
▉ 芯片發(fā)熱和損耗
芯片的功率損耗，一方面指的是有效輸入功率和輸出功率的差值，稱之為耗散功率，這部分損耗會轉(zhuǎn)化成熱量釋放，發(fā)熱并不是一個好東西，會降低部件和設(shè)備的可靠性，嚴重會損壞芯片。
耗散功率，英文為Power Dissipation，某些芯片的SPEC里面會有這個參數(shù)，指最大允許耗散功率，耗散功率和熱量是相對應的，可允許耗散功率越大，相應的結(jié)溫也會越大。
另一方面，芯片功耗指的是電器設(shè)備在單位時間中所消耗的能源的數(shù)量，單位為W，比如空調(diào)2000W等等。
▉ 熱阻和溫升
我們都知道一句話：下雪不冷化雪冷，這是一個物理過程，下雪是一個凝華放熱過程，化雪是一個融化吸熱過程。?芯片的溫升是相對于環(huán)境溫度（25℃）來說的，所以不得不提熱阻的概念。
熱阻，英文Thermal Resistance，指的是當有熱量在物體上傳輸時，在物體兩端溫度差與熱源的功率之間的比值，單位是℃/W或者是K/W。?如下圖所示，將一個芯片焊接在PCB板上，芯片的散熱途徑主要有如下三種，對應三種熱阻。
1、芯片內(nèi)部到外殼和引腳的熱阻——芯片固定的，無法改變。2、芯片引腳到PCB板的熱阻——良好的焊接和PCB板決定。3、芯片外殼到空氣的熱阻——由散熱器和芯片外圍空間決定。半導體芯片熱阻參數(shù)示意
Ta為環(huán)境溫度，Tc為外殼表面溫度，Tj為結(jié)溫。Θja：結(jié)溫（Tj）與環(huán)境溫度（Ta）之間的熱阻。Θjc：結(jié)溫（Tj）與外殼表面溫度（Tc）之間的熱阻。Θca：外殼表面溫度（Tc）與環(huán)境溫度（Ta）之間的熱阻。
熱阻的計算公式為：Θja =(Tj-Ta)/Pd?→Tj=Ta Θja*Pd其中Θja*Pd為溫升，也可以稱之為發(fā)熱量。
1、在熱阻一定的情況下，功耗Pd越小，溫度越低。2、在功耗一定的情況下，熱阻越小越好，熱阻越小代表散熱越好。
▉ 結(jié)溫計算誤區(qū)
很多人計算結(jié)溫用這個公式：Tj=Ta Θja*Pd，在TI的文檔中有說明，其實并不準確，在公眾號后臺回復關(guān)鍵詞溫升，可獲取此文檔。
大致意思就是Θja是一個多變量函數(shù)，不能反應芯片焊接在PCB板上的真實情況，和PCB的設(shè)計、Chip/Pad的大小有強相關(guān)性，隨著這些因素的改變，Θja值也會改變，芯片廠家在測試Θja時和我們實際使用情況有較大差別，所以用來計算結(jié)溫，誤差會很大。
熱阻Θja和這些參數(shù)有強相關(guān)性
同時使用Tj=Tc Θjc*Pd這個公式，用紅外攝像機測量出芯片外殼溫度Tc，然后算出Tj也是不太準確的。?廠家給出Θja和Θjc可能更多是讓我們評估芯片的熱性能如何，用于和其他芯片比較。
在某些芯片的參數(shù)中，會有ΨJT和ΨJB，這兩個參數(shù)不是真正的熱阻，芯片廠家在測試ΨJT和ΨJB的方法非常接近實際器件的應用環(huán)境，所以可以用它來估算結(jié)溫，也被業(yè)界所采用，而且可以看出，這兩個參數(shù)是要比Θja和Θjc要小的，所以在同樣的功耗下，用Θja計算得出的結(jié)溫是比實際的溫度要偏大的。
ΨJT，指的是Junction to Top of Package，結(jié)到封裝外殼的參數(shù)，計算公式為Tj=Tc ΨJT*Pd，Tc為芯片外殼溫度。ΨJB，指的是Junction to Board，結(jié)到PCB板的參數(shù)，計算公式為：Tj=Tb ΨJB*Pd，Tb為PCB板的溫度。
ΨJT和ΨJB可被用來計算結(jié)溫
▉ 熱設(shè)計
熱設(shè)計和EMC問題一樣，最好在前期就解決掉，不然后期整改很麻煩。設(shè)計前期考慮結(jié)構(gòu)、PCB堆疊、布局、擺件等，后期考慮散熱材料等方式。
今天的文章到這里就結(jié)束了，希望對你有幫助，我們下一期見。
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