电子产品的常用散热方法以及术语介绍

电子封装的一个主要特性是它们如何消散由它们所容纳的集成电路(IC)产生的热量。热量的产生影响电子产品的安全性、可靠性和性能。过热可能严重损害电子产品的安全性、性能和可靠性。如果电子产品的电子设备产生的热量超过预期,则电子产品可能会冒烟或起火。为了消除这些热的不利影响,需要采取必要的应对措施。

常用的散热方法有哪些?

根据成本和可行性,可以使用不同的散热选项来实现电子设备的较低的结温:

▪ 具有暴露的金属焊接片或焊盘设备,从而降低到外壳的热阻,以致拥有更高的散热能力;

▪ 设备下方安装散热器,从而将热量通过散热器散发出去;

▪ 板子上在设备下方开传递热量的通孔,用于将热量从设备传导到板或通过底座以热传导的方式,将热量传导到外壳或者盖板;

▪ 设备外壳上开有通风口,用于自然对流或强制对流;

▪ 散热器:可以在设备的暴露焊盘/金属焊片与散热器之间添加TIM导热界面材料导热,散热器的翅片形状(扁平/挤压/针形翅片等)和尺寸则取决于空间的可利用性、散热量和外部环境温度等;

▪ 散热器可通过喷漆或阳极氧化等表面处理,以改善辐射热传递;

 安装风扇用于降低设备的温度以及系统内的整体环境温度;

 液体冷却,增加水路设计;

▪ 用于瞬态散热的相变材料(PCM: Phase Change Material);

压电风扇的应用;

热管;

▪ 单片和多相(蒸发/沸腾)微通道热交换器,实现高散热(>100 W/cm2)

这里拓展下什么是压电风扇技术

压电风扇包含一类特殊的压电材料,当受到外加电压时,这种材料会发生膨胀和收缩,引起悬臂叶片的振动,进而产生气体流动。用压电材料制造的风扇具有性能稳定、功耗低以及噪音小等特点。压电材料的散热原理介于自然对流和强制对流之间。自然对流通常是首选的散热方式,但是在某些情况下,我们需要加入主动部件来激发空气的流动。压电风扇便充当了跳板的角色。

接下来,再简单介绍下常用的一些热管理方面的术语和变量:

Q:封装的功率耗散(作为热量),单位为W;

Tjmax:封装的最高结温,单位为℃;

Tj:封装的工作结温,单位

Ts:封装的表面或外壳(Tc)温度,单位

Tb:导线/引脚处的板子温度,单位℃;

Rjc:从芯片die到封装表面/外壳的热阻,单位/W。由芯片和封装表面材料(如包覆成型)的热导率、导电长度和面积确定的值;

Rca:封装外壳到外界的环境热阻,单位/W。由封装表面到大气的热对流和热辐射组成;

Rja:从芯片die到外界环境的热阻(=Rjc+Rca),单位/W。Rja的值可用来比较在标准化环境中一个封装与另一个封装的热性能差异;

Rjb:从芯片die到板子上焊球/引脚/引线处的热阻,单位/W由芯片粘合剂、焊球/引脚/引线的布局和印刷电路板的热导率决定的值。

Rba:从印刷电路板到大气环境的热阻,通常由热对流和热辐射组成。

Zth:封装的瞬态热阻,单位/W,与时间呈曲线关系。Zth通常指定为Zth- jc(结壳)或Zth-ja(结-环境)。

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