一种就散热方面而言确定设计的相对快速和简单的方法

1  引言

　　IC封装，就是指把硅片上的电路管脚，用导线接引到外部接头处，以便与其它器件连接。封装形式是指安装半导体集成电路芯片用的外壳。它不仅起着安装、固定、密封、保护芯片及增强电热性能等方面的作用，而且还通过芯片上的接点用导线连接到封装外壳的引脚上，这些引脚又通过印刷电路板上的导线与其他器件相连接，从而实现内部芯片与外部电路的连接。因为芯片必须与外界隔离，以防止空气中的杂质对芯片电路的腐蚀而造成电气性能下降。

　　PCB（PrintedCircuitBoard），中文名称为印制电路板，又称印刷电路板、印刷线路板，是重要的电子部件，是电子元器件的支撑体，是电子元器件电气连接的提供者。由于它是采用电子印刷术制作的，故被称为“印刷”电路板。印制电路板的设计是以电路原理图为根据，实现电路设计者所需要的功能。印刷电路板的设计主要指版图设计，需要考虑外部连接的布局。内部电子元件的优化布局。金属连线和通孔的优化布局。电磁保护。热耗散等各种因素。的版图设计可以节约生产成本，达到良好的电路性能和散热性能。简单的版图设计可以用手工实现，复杂的版图设计需要借助计算机辅助设计（CAD）实现。

2  散热完整性分析的步

　　进行散热完整性分析的步，是深入理解IC封装热指标的基础知识。到目前为止，封装热性能常见的度量标准是Theta JA，即从结点到环境所测得（或建模）的热阻（参见图1）。Theta JA值也是需要解释的内容（参见图2）。能够极大影响Theta JA 测量和计算的因素包括：

　　* 贴装板：是/否？

　　* 线迹：尺寸、成分、厚度和几何结构

　　* 方向：水平还是垂直？

　　* 环境：体积

　　* 靠近程度：有其他表面靠近被测器件吗？

　　

　　图 1 电气网络 Theta-JA 分析

　　

　　图 2 Theta-JA 解释

　　热阻（Theta JA）数据现在对使用新JEDEC标准的有引线表面贴装封装有效。实际数据产生于数个封装上，同时热模型在其余封装上运行。按照封装类型以及不同气流水平显示的Theta JA 值来对数据分组。

　　结点到环境数据是结点到外壳（Theta JC）的热阻数据（参见图3）。

　　

　　图 3 Theta-JC 解释

　　但是，谁有这么多时间和耐性做完所有这种分析和测试——当然JEDEC除外！本文将告诉您在测试您设计的散热完整性时如何安全地绕过这些步骤。通过访问散热数据，您可以将散热数据用于您正使用的具体封装。所有这些信息都会帮助您不超出器件的结点温度。尤为重要的是坚持厂商和JEDEC建议的封装布局原则。

　　既然您阅读了全部建模热概述，并且验证了您的电路板布局和散热设计，那么就让我们在不使用散热建模软件或者热电偶测量实际温度的情况下检查您散热设计的实际好坏程度吧。产品说明书中的Theta JA额定值一般基于诸如JEDEC #JESD51的行业标准，其使用的是一种标准化的布局和测试电路板。

　　如果您想知道您的设计离散热设计还有多远，那么请对您的 PC 电路板设计执行下列系统内测试。要想获得结果，请使用一台烤箱（非热感应系统），然后靠近电路板只测量Ta，因为烤箱有一些热点。如果可能，请在电路板底部使用一个热绝缘垫，以防止室温空气破坏测量。

　　

　　图 4 散热设计改善技术的 TLC5940 级联应用实例参考

3  操作过程

　　首先，测量出您的IC在其实际设计环境（PC板）中的实际热阻。然后，将其同“理想”JEDEC 数值对比。您需要一个具有热错误标志（TEF）或类似功能的IC，这种功能可以指示IC结点处的超高温状态。例如，我们使用TI的TLC5940 LED驱动器解决方案芯片。一般而言，大多数 IC的Tj（查看您的产品说明书获取实际数值）约为150℃。就TLC5940 器件来说，TEF的 Tj变化范围在150℃到170℃ 之间。

　　此处的测试中，我们只关心测试电路板上具体芯片的Tj情况。我们将其用作方程式的替代引用，该方程式计算得到具体测试PC电路板的热阻Theta JA。它应该非常明显地表明我们的散热设计质量。如果芯片具有这种散热片，则对几块PC电路板进行测试以获得一些区域（例如：PowerPad）焊接完整性的较好采样，目的是正确使用这种独特的封装散热片技术。要找到TEF 允许的器件Tj，请将PC电路板置入恒温槽中，同时器件无负载且仅运行在静态状态。缓慢升高恒温槽温度，直到TEF被触发。出现这种情况时恒温槽的温度点便为Tj，因为Ta = Tj。这种情况下，功耗（Pd）必须处在非常低的静态水平，并且可被视作零。将该温度记录为 Tj。它将用于我们的方程式，计算 Theta JA。

　　其次，计算出您电路的Pd。将恒温槽温度升高到产品说明书规定的IC环境温度以上约10或15度（将该温度记录为Ta）。这样做会使TEF更快地通过自加热。现在，通过缓慢增加Pd直至TEF断开，我们将全部负载施加到IC。在TLC5940中，我们改变外部电阻R（IREF），其设置器件的Io吸收电流。如果超高温电路有滞后，则电路会缓慢地温度循环，从而要求我们缓慢地降低Pd直至循环停止。这时，恒温槽温度应被记录为Pd值。

　　，要获得您电路板的Theta JA，请将测得的Tj值、Ta值和Pd值插入到下列方程式中：

　　Theta JA = （Tj-Ta）/Pd max

　　如果您拥有一个较好的散热设计，则该值应接近 IC 产品说明书中的Theta JA。

　　幸运的是，这种测试不依赖于外壳（Tc）或结点（Tj）的直接温度测量，因为很难准确地在现场测量到它们。

　　在本文一开始提及的情况中，如果您设计的Pd接近Pd值，则您可以利用如下方法来改善散热设计：使用更好的散热定额封装。在TLC5940中，带散热垫（PowerPad）的HTSSOP可能更佳（参见表1）。

　　

　　表 1 散热等级

　　增加 PC 电路板铜厚度，其通过散热垫或者其他散热片器件来对 IC 散热。

　　· 如果可能，利用气流来降低 IC 承受的环境温度。

　　·降低器件 Pd。在我们的测试中，可以通过如下几种方法完成这项工作（请参见图 4）：

　　降低 V（LEDLED

　　LED（Light Emitting Diode）即发光二极管，是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。LED 的心脏是一个半导体的晶片，当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子和空穴就会被推向量子阱，在量子阱内电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量。能完成数十种不同的工作，并且在各种设备中都能找到它们的身影。例如它们可以组成电子钟表 表盘上的数字，从遥控器 传输信息，为手表表盘照明并在设备开启时向您发出提示。 如果将它们集结在一起，可以组成超大电视屏幕上的图像，或是用于点亮交通信号灯。

　　将一个串联电阻电阻

　　电阻，物质对电流的阻碍作用就叫该物质的电阻。电阻小的物质称为电导体，简称导体。电阻大的物质称为电绝缘体，简称绝缘体。

　　添加到 LED 电流通路。这样做不会改变设计的总功耗，但它会将 IC 封装的一些 Pd 移到外部串联电阻。

4  总结

　　的电路设计人员要务必有一个稳健的电气设计，它可以在环境温度下处理极端电压和电流。很多时候，人们常常遗忘的方面或者一个较少考虑的方面是极端工作条件下封装的散热设计完整性。这可能是您的设计中一个更为重要的方面，因为它在很大程度上决定着电路的可靠性。

　　这里说的是一种就散热方面而言确定设计的相对快速和简单的方法，其无需一些笨拙或耗时的方法，或者价格昂贵的软件分析。另外还介绍了一些降低 Pd 或者至少降低 IC 封装自身功耗的一些方法。

　　我们希望您找到这些有用的方法和工具，以及一些确保您的设计的完整性的方法，从而让您能够节省出时间用于繁忙的 EE 工作的其他方面。