倒装芯片 IC 封装的热性能由其 θ贾, ΨJT和 Ψ新山参数。θ贾是结到环境的热阻（以 °C/W 为单位），这是一个系统级参数，在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。该板充当焊接到器件引线上的散热器。对于自然对流传热，超过 90% 的热量由电路板散发，而不是从封装表面散发。θ贾可以用公式 （1） 计算：
\[\theta_{JA}-\frac{T_{J}-T_{A}}{P_{D}}\] （1）
其中 TJ 是结温（单位为 °C），TA 是环境温度（单位为 °C），PD 是器件的散热量（单位为 W）。
ΨJT是测量 T 之间温度变化的表征参数J以及封装顶部的温度（以 °C/W 为单位）。由于从芯片流向封装顶部的热量是未知的，因此 ΨJT不是真正的结到顶部的热阻，但电路设计人员假设它是器件的总功率。虽然这个假设是无效的，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 ΨJT值。
请注意，ΨJT由于电路板结构和气流条件略有不同。ΨJT可以用方程 （2） 估计：
\[\Psi_{JT}-\frac{T_{J}-T_{C}}{P_{D}}\] （2）
ΨJB 允许系统设计人员根据电路板的测量温度计算器件的结温。ΨJB 矩阵应接近 θ新山，因为 PCB 会散发器件的大部分热量。TJ可以用公式 （3） 计算：
\[T_{J}=T_{PCB}+（\Psi_{JB}XP_{D}）\] （3）
其中 T印刷电路板是电路板的温度接近封装的裸露焊盘（单位为 °C）。
图 1.结到环境的热阻。图片由 Bodo's Power Systems 提供
图 1 显示了解释结到环境热阻的图表。
较低的 θ贾主要是通过降低 PCB 热平面的电阻来实现的。在传导是主要传热方法（意味着对流冷却受到限制）的应用中，PCB 的电源层面积对 θ 的影响为显著八
热性能
在电机驱动器等应用中，高功率脉冲宽度被限制在几十毫秒或几百毫秒，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，则可以限制结温保持在器件的额定值范围内，即使在存在高耗散峰值的情况下也是如此。适当的热管理可以提高设备的性能和可靠性。
热量可以通过三种机制传递：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，热量扩散出所需的表面积。通过传导的传热受傅里叶定律的约束，该定律指出，通过材料的热流速率与材料的横截面积和整个材料的温差成正比;相反，热流与材料的厚度成反比。一些材料（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）。这些常见材料的导热系数明显不同。
表 1.材料 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，它与表面积和传热系数 （h） 成反比。h 是风速以及电路板与环境空气之间温差的函数。
辐射
热辐射涉及通过电磁波传递热量。热流速率与表面积和辐射元件（例如电路板、组件）的温度成正比，达到四次方。
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贾在脉冲应用中几乎没有帮助，并导致冗余和令人望而却步的热设计。
相反，可以通过组合两个元素来模拟器件的完整热阻：热阻和热电容。
热电容 （CTH 系列） 是衡量元件积累热量能力的指标，类似于电容器积累电荷的方式。对于给定的结构元素，CTH 系列取决于比热 （c）、体积 （V） 和密度 （d）。CTH 系列（以 J/°C 为单位）可以用公式 （4） 估算：
\[\tau = \theta\times C\] （4）
给定应用的热行为（由有源器件、封装、PCB 和外部环境组成）的电气类比是一连串的 RC 单元，每个单元都有一个特征时间常数 （τ）。τ 可以用公式 （5） 计算：
\[t_{P}\xrightarrow{\text{lim}}\infty\，Z_{TH（JA）}=\theta_{JA}\] （5）
图 2 显示了每个电池如何使用简化的电气模型对封装器件的瞬态热阻产生影响。
图 2.简化的等效热电路。图片由 Bodo's Power Systems 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率耗散。功率封装具有一定的热容量，这意味着即使器件中耗散了过多的功率，也不会立即达到临界 TJ。对于间歇性操作，可以延长功率耗散限制。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）。
如果器件通电，芯片立即开始预热（参见图 3）。
图 3.模具加热/冷却：单脉冲。图片由 Bodo's Power Systems 提供
如果功率继续耗散，则在发热和散热之间取得平衡，从而稳定 TJ.一些热能由设备的热容量储存。稳定条件由热阻决定，热阻与晶体管及其热环境有关。
当功率停止耗散时，设备会冷却下来，加热和冷却定律相同（见图 3）。但是，如果功率耗散在晶体管温度稳定之前停止，则 T 的峰值J低于相同连续功耗水平所达到的值（参见图 3）。
如果第二个脉冲与个脉冲相同，则器件在第二个脉冲结束时达到的峰值温度大于个脉冲结束时的峰值温度。额外的脉冲不断积累，直到温度达到新的稳定值（见图 4）。在这些稳定条件下，设备的温度在平均值上方和下方波动。
图 4.模具加热/冷却：重复脉冲。图片由 Bodo's Power Systems 提供
图 5.短单功率脉冲。图片由 Bodo's Power Systems 提供
图 6.长单功率脉冲。图片由 Bodo's Power Systems 提供
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。即使平均功率低于器件的直流额定值，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 在脉冲结束时接近一个稳定值（见图 6）。
热阻 （ZTH（JA）） 反映了功率脉冲产生的温升。此热阻提供了一种在瞬态功率耗散条件下估算器件结温的简单方法。
瞬态热阻趋于等于连续功率耗散的热阻，用公式 （6） 估算：
图 7. 瞬态阻抗 ZTH（JA）vs. 时间。图片由 Bodo's Power Systems 提供
随着重复率变小，液络部往往会在脉冲之间完全冷却，因此可以单独处理每个脉冲。
对于功率封装，瞬态热效应会在大约 0.1 到 100 秒内消失。这个时间取决于芯片尺寸、封装类型和尺寸。此外，它还受 PCB 堆叠和布局的影响很大。
PCB 充当散热器，为 IC 封装提供路径，以有效地将热量传递到电路板和相邻环境。因此，化封装电源和接地引脚所在的金属走线面积对于有效传热非常重要。
封装的热性能受 T 影响不大一个和 PD.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。
Effective Transient Thermal Impedance
结温会影响许多工作参数以及器件的使用寿命。设计高功率电路挑战性的方面是确定特定器件是否能够支持相关的应用要求。
有效瞬态热阻受许多因素的影响，包括铜面积和布局、相邻器件的热量、PCB 上相邻器件的热质量以及器件周围的气流。为了准确估计温升，直接在应用电路中表征热阻。
