热参数概述
倒装芯片 IC 封装的热特性通过其 θ JA、 Ψ JT和 Ψ JB参数来表征。θ JA是结点至环境热阻（以 °C/W 为单位），这是一个系统级参数，很大程度上取决于系统属性，例如安装部件的 PCB 的设计和布局。该板充当焊接到设备引线的散热器。对于自然对流换热，90% 以上的热量由电路板散发，而不是从封装表面散发。θ JA可由式（1）计算：
θ J A T J T A P D
θJA-时间J-时间A磷D
(1)
其中 TJ 是结温（以 °C 为单位），TA 是环境温度（以 °C 为单位），PD 是器件的散热量（以 W 为单位）。
Ψ JT是测量 T J与封装顶部温度之间的温度变化的特性参数（以 °C/W 为单位）。由于从芯片流到封装顶部的热量未知，Ψ JT并不是真正的结到顶部热阻，但电路设计者假设它是器件的总功率。尽管这个假设无效，但ΨJT仍然是一个有用的参数，因为它的特性与IC封装的应用环境相似。例如，较薄的封装具有较小的 Ψ JT值。
请注意，由于电路板结构和气流条件，Ψ JT略有不同。Ψ JT可以用方程（2）估计：
Ψ J T T JT C P D
ΨJB 可以让系统设计人员根据电路板的测量温度来计算器件的结温。ΨJB 矩阵应接近 θ JB，因为 PCB 散发了器件的大部分热量。T J可由式(3)计算：
T J = T P C B +( Ψ J B X P D )
(3)
其中 T PCB是接近封装裸露焊盘的电路板温度（以 °C 为单位）。
图 1 显示了解释结点至环境热阻的图表。
较低的 θ JA主要是通过降低 PCB 热平面的电阻来实现的。在传导是主要传热方式的应用中（意味着对流冷却受到限制），PCB 的
电源平面面积对 θ BA的影响为显着
热性能
在电机
驱动器等应用中，高功率脉冲宽度仅限于几十或几百毫秒，这意味着设计人员必须考虑热电容的影响。如果热容足够大，即使存在高耗散峰值，它也可以限制结温保持在器件的额定值范围内。适当的热管理可以提高设备的性能和可靠性。
热量传递有三种机制：传导、对流和辐射。
传导
传导很重要，因为终散热的是表面积。通过传导，热量散布到所需的表面积。通过传导进行的传热受傅里叶定律支配，该定律指出，通过材料的热流速率与材料的横截面积和材料上的温差成正比；相反，热流与材料的厚度成反比。某些材料（例如铜）比其他材料（例如 FR4）更有效地导热。表 1 显示了不同材料的导热系数 (K)。这些常见材料具有显着不同的导热系数。
对流是将热量从材料表面转移到空气中的方法。温升是功耗的函数，与表面积和传热系数 (h) 成反比。h 是空气速度以及电路板与环境空气之间的温差的函数。
辐射
热辐射涉及通过电磁波传递热量。热流率与表面积和辐射元件（例如板、元件）的温度的四次方成正比。
通过传导进行传热适用于高功率应用中的半导体。IC 封装热性能的标准描述 θ JA对于脉冲应用几乎没有帮助，并且会导致冗余和令人望而却步的热设计。
相反，设备的完整热阻抗可以通过组合两个元素来建模：热阻和热容。
热容 (C TH ) 是衡量组件积热能力的指标，类似于电容器积聚电荷的方式。对于给定的结构元件，C TH取决于比热 (c)、体积 (V) 和密度 (d)。C TH（以 J/°C 为单位）可通过公式 (4) 估算：
τ = θ × C
(4)
给定应用的热行为（由有源器件、封装、PCB 和外部环境组成）的电气类比是一串 RC 单元，每个单元都有一个特征时间常数 (τ)。τ可由式(5)计算：
t P值? ? →无穷大Z T H ( J A ) = θ J A
图 2 使用简化的电气模型显示了每个单元如何影响封装器件的瞬态热阻抗。
图 2.简化的等效热电路。图片由博多电力系统提供
脉冲功率操作
当功率器件承受脉冲负载时，它可以支持更高的峰值功耗。功率封装具有一定的热容量，这意味着即使设备中消耗过多功率，也不会立即达到临界 TJ。对于间歇操作，功耗限制可能会延长。延长的时间长度取决于操作周期的持续时间（也称为脉冲持续时间）和操作发生的频率（也称为占空比）。
如果设备通电，芯片会立即开始预热（参见图 3）。
图 3. 模具加热/冷却：单脉冲。图片由博多电力系统提供 [PDF]
如果功率继续耗散，则发热和散热之间会达到平衡，从而稳定TJ。一些热能由设备的热容量存储。稳定条件由热阻决定，热阻与
晶体管及其热环境相关。
当功率停止耗散时，设备就会冷却，并且加热和冷却定律相同（见图 3）。然而，如果功耗在晶体管温度稳定之前停止，则 T J的峰值将低于相同水平的连续功耗所达到的值（参见图 3）。
如果第二脉冲与脉冲相同，则装置在第二脉冲结束时达到的峰值温度大于在脉冲结束时的峰值温度。额外的脉冲不断累积，直至温度达到新的稳定值（见图 4）。在这些稳定的条件下，设备的温度会在平均值上下波动。
图 4. 模具加热/冷却：重复脉冲。图片由博多电力系统提供
图 5. 短单功率脉冲。图片由博多电力系统提供
图 6. 长单功率脉冲。图片由博多电力系统提供 [PDF]
如果一系列脉冲后的结温变得过高（例如，TJ > 125°C），则器件的电气性能和预期寿命可能会降低。即使平均功率低于设备的直流额定值，低占空比的高功率脉冲也会发生这种情况。图 5 显示了一个短的单功率脉冲。
随着脉冲持续时间的增加，TJ 在脉冲结束时接近固定值（见图 6）。
热阻抗 (Z TH(JA) ) 反映了功率脉冲产生的温升。该热阻抗提供了一种简单的方法来估计瞬态功耗条件下器件的结温。
瞬态热阻抗趋向于等于连续功耗的热阻，用公式 (6) 估算：
图 7.瞬态阻抗 Z TH(JA)与时间的关系。图片由博多电力系统提供
随着重复率变小，结点往往会在脉冲之间完全冷却，以便可以单独处理每个脉冲。
对于电源封装，瞬态热效应会在大约 0.1 至 100 秒内消失。该时间取决于芯片尺寸、封装类型和尺寸。另外，它受PCB层叠和布局的影响也很大。
PCB 充当散热器，为 IC 封装提供有效将热量传递到电路板和邻近环境的路径。因此，化封装的电源和接地引脚所在的金属迹线面积对于有效的热传递非常重要。
封装的热性能不会受到 T A和 P D的太大影响。在此期间持续时间过长的功率脉冲具有类似于连续负载的效果。
