Die Bedeutung des thermischen Problems kann in einer vereinfachten Faustregel gesehen werden, die besagt, dass jeder Temperaturanstieg von 10 auf dem C die Zeit bis zum Versagen um das Zweifache verkürzt. Das heißt, wenn bei 55 auf einem Chip 10 Jahre dauern, bei 65 etwa mit nur 5 genug Argumenten, um die Wärmeableitung vom Chip etwas zu verbessern, wenn nicht in geplanter Veralterung zu spielen. Diese Regel ist weit davon entfernt, die ultimative Wahrheit zu sein, aber sie ist qualitativ korrekt (Sie können zum Beispiel hier mehr lesen ).
Das Anordnen eines Kühlkörpers ist fast immer ein Overhead-Prozess, der das Routing erschwert und daher im Voraus geplant werden muss. Dazu müssen Sie wissen, ob die Leiterplatte selbst den Kühlkörper handhaben kann. Die Chiphersteller geben in der Dokumentation den Parameter "Kristallmedium" Wärmewiderstand R θJA an . Es scheint:
und die Schätzung ist fertig. Aber das ist unhöflich, sehr unhöflich. Der Wärmewiderstand hängt stark von der Leiterplatte ab. Und was angezeigt wird, wurde in einem Experiment auf einer standardisierten Leiterplatte (zum Beispiel wie in Abbildung 1) erhalten, das sich höchstwahrscheinlich stark von dem unterscheidet, was Sie erhalten. Sagen wir einfach, Sie können auf kleinerem Raum eine viel bessere Wärmeableitung erzielen.
Was es wert ist, beachtet zu werden, ist der Wärmewiderstand R & thgr; JB oder R & thgr; JC (von unten) . Dies hängt nicht mehr vom Entwickler ab und wird vom Körper und seinem internen Design bestimmt. Am häufigsten wird die Wahl eines Gehäuses jedoch von der Wärmeverlustleistung bestimmt, und der Haupttemperaturunterschied liegt auf der Platine. Daher schreiben wir die obige Formel für den Fall der Wärmeableitung durch eine Platine wie folgt um:
wobei R & thgr ; BA der Wärmewiderstand der Leiterplatte mit den gegebenen Parametern ist. Sie können diesen Widerstand anhand eines schönen Modells berechnen,
Alles mit dieser Gleichung ist in Ordnung (mit Ausnahme der modifizierten Bessel-Funktionen) und kann für eine Oberfläche mit Konvektion gelöst werden (Entfernen der "2" an der Wurzel), aber nur die Platten sind meistens ohne radiale Symmetrie und nicht homogen, aber auch Wärme wird ungleichmäßig entlang der Innenseite zugeführt Radius. Daher müssen Sie sich anpassen. Die ersten beiden Fragen werden durch Aufteilung in ringförmige Zonen mit homogenen Eigenschaften bei gleicher Fläche gelöst. Um letzteres zu lösen, müssen Sie ein ungefähres Modell des Wärmewiderstandsschaltkreises erstellen. Abbildung 3 zeigt, was im Originalartikel vorgeschlagen wurde. Es wird vorgeschlagen, die Platte in drei Zonen zu unterteilen: die Zone unter der Mikroschaltung, die Zone mit Polygonen auf der äußeren Schicht und die Zone mit nur Polygonen auf den inneren Schichten. Es werden nur Leiter berücksichtigt, die direkt mit der Mikroschaltung verbunden sind (bedingt "Klingeln").
Es wird vorgeschlagen, die oberen und unteren Polygone zu mitteln und die durchschnittliche Metallisierungsfläche zu nehmen. Ich stimme dem nicht wirklich zu, da die Auswirkung dieser Schichten auf die Wärmeableitung offensichtlich unterschiedlich ist und sie sich in der Fläche stark unterscheiden können (die untere Fläche ist häufig größer). Daher habe ich die Platte in obere und untere Hälften geteilt und die Berechnung für jedes Teil separat durchgeführt.
Der Artikel enthält viele Grafiken mit dem Einfluss verschiedener Parameter, es ist nützlich, sie zu betrachten. Ich habe meinen Ansatz zur Aufteilung der Platine auf diese Diagramme kalibriert (Abbildung 4) - sie gelten für die Pakete QFN5X5, QFN6X6 und QFN3X3. Wenn die Platine sehr groß ist, "fällt" der Graph auf die Grenze, die mit dem Wärmewiderstand von Durchkontaktierungen verbunden ist, aber ihre Parameter sind nicht spezifiziert. Ich nahm einen Durchmesser von 450 Mikron, eine Wandstärke von 20 Mikron, ohne zu füllen.
Es ist ersichtlich, dass die Modelle korreliert sind, aber ich habe nicht versucht, eine 100% ige Übereinstimmung zu erzielen, da alle Eingabedaten noch fehlen. Darüber hinaus gibt es einen merkwürdigen Moment bei Durchkontaktierungen (Abbildung 5), deren Abwesenheit den Wärmewiderstand praktisch nicht beeinflusst, was nicht sehr intuitiv ist.
Selbst in der unteren Grafik in Abbildung 4 sehen Sie zwei Datenzeilen, in denen ich das Zweizonenmodell mit zwei Methoden gezählt habe: Mit der Matrixmultiplikation, wie in Artikel AND8222 / D beschrieben, und mit einem Modell wie in Abbildung 3 wird nur die Zone unter der Mikroschaltung verworfen (es trägt nicht zum Widerstand bei). Es ist ersichtlich, dass die Grafik aus dem Artikel ungefähr dieselbe Asymptote aufweist, als ob der Einfluss von Durchkontaktierungen nicht vorhanden wäre. Dies wurde für mich zu einem weiteren Faktor dafür, dass etwas in ihrem Modell nicht stimmt, unter Berücksichtigung des Einflusses von Durchkontaktierungen (oder ich verstehe etwas nicht).
Der Rechner erwies sich zumindest insofern als nützlich, als er es ermöglichte, von qualitativen Vorstellungen über den Einfluss verschiedener Parameter zu quantitativen Schätzungen überzugehen. Es kann gefolgert werden, dass der Wärmewiderstand der Platine in den Bereich von 10 ° getrieben werden kannC / W auch bei natürlicher Konvektion. Für die Ableitung reichen 2-3 W aus. Ein weiterer nützlicher Hinweis ist, dass nur das Metall, das direkt mit der Mikroschaltung verbunden ist, eine bedeutende Rolle im Kühlkörper spielt. Natürlich ist die effektive Wärmeleitfähigkeit umso höher, je größer der Volumenanteil von Kupfer in der Platte ist. Auf der Basis dieses Rechners können Sie das Vorhandensein eines Kühlkörpers auf einer Mikroschaltung und eines Kühlkörpers für das Gehäuse erhöhen. Ich werde dies auch tun. Wenn es etwas Interessantes gibt, werde ich es in den nächsten Veröffentlichungen teilen.