愛彼電路·高精密PCB電路板研發(fā)生產(chǎn)廠家
微波電路板·高頻板·高速電路板·雙面多層板·HDI電路板·軟硬結(jié)合板
報(bào)價(jià)/技術(shù)支持·電話：0755-23200081郵箱：sales@ipcb.cn
很多針對(duì)半導(dǎo)體和集成電路 (IC) 封裝的熱度量的范圍介于 θja 至 Ψjt之間。 通常情況下，這些熱度量被很多 用戶錯(cuò)誤的應(yīng)用于估計(jì)他們系統(tǒng)中的結(jié)溫。 本文檔描述了傳統(tǒng)和全新的熱度量，并將它們應(yīng)用于系統(tǒng)級(jí)結(jié)溫 估算方面。
結(jié)至環(huán)境熱阻，θja，是最常見的報(bào)告的熱度量，它也是最經(jīng)常被誤用的。θja是安裝在特定測試試件上 IC 封 裝散熱性能的度量。 θja的目的是給出一個(gè)封裝的相對(duì)散熱性能可與之進(jìn)行比較的度量值。 因此，TI 器件的 散熱性能可以與其他公司生產(chǎn)的器件相比較。 當(dāng)兩家公司使用標(biāo)準(zhǔn)化測試來測量 θja時(shí)，這是可行 的，JEDEC 在 EIA/JESD 51 系列文檔中具體說明了此類測試。 然而，有時(shí)并未遵循 JEDEC 條件，并且對(duì) 于標(biāo)準(zhǔn)的偏離也未記錄在案。 這些測試變化會(huì)對(duì) θja的測得值產(chǎn)生很大的影響。 因此，除非使用 θja值來公布 測試條件，否則這些測試條件值得懷疑。
使用以下步驟來執(zhí)行 θja測量（總結(jié)自 EIA/JESD 51-1）：
Step 1. 一個(gè)部件，通常是一個(gè)安裝在測試版上的集成電路 (IC) 封裝，此封裝包含一個(gè)能夠耗散功率并 測量最大芯片溫度。
Step 2. 測試芯片的溫度感測組件被校準(zhǔn)。
Step 3. 封裝/測試版/系統(tǒng)被放置在一個(gè)不通風(fēng) (θja) 或空氣流通 (θma) 環(huán)境中。
Step 4. 一個(gè)已知功率在測試芯片內(nèi)耗散。
Step 5. 在達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后，結(jié)溫被測量。
Step 6. 已測得的環(huán)境溫度與測得的結(jié)溫之間的差異被計(jì)算出來，并除以耗散的功率，從而得出一個(gè)以 °C/W 為單位的 θja值。
很不幸的是，θja常常被系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員用來估算他們系統(tǒng)中所使用的器件的結(jié)溫。 這個(gè)等式通常被認(rèn)為可有效 地根據(jù) θja來計(jì)算結(jié)溫：
這是 θja熱參數(shù)的誤用，這是因?yàn)?θja是一個(gè)并不專屬于封裝的可變函數(shù)，它也是諸如已安裝部件上印刷電路板 (PCB) 的設(shè)計(jì)和布局布線等很多其它系統(tǒng)級(jí)特性的函數(shù)。 實(shí)際上，測試板是一個(gè)焊接在器件引線上的散 熱片。 對(duì)測試板的設(shè)計(jì)或配置的改變將改變散熱片的效率，并因此改變 θja。 事實(shí)上，在不通風(fēng)的環(huán)境 中，JEDEC 定義的 θja測量，大約芯片產(chǎn)生的功率的 70-95% 由測試板耗散，而不是從封裝的表面散發(fā)。 由 于系統(tǒng)板很少接近被用來確定 θja的測試試件，θja使用公式 1的應(yīng)用將導(dǎo)致極端錯(cuò)誤的值。 表 1列出了在所有材料保持恒定時(shí)，將影響指定封裝外形尺寸內(nèi) θja的因數(shù)。 第一列列出了因數(shù)，而第二列 給出了憑經(jīng)驗(yàn)法則估算出的此因數(shù)所造成的影響。
根據(jù) θja并不是封裝本身的特性，而是封裝，PCB 和其它環(huán)境因素的特性這一事實(shí)，它最好用作不同公司的 封裝散熱性能的對(duì)照。 例如，如果相對(duì)于競爭對(duì)手所公布的 45°C/W 值，TI 針對(duì)一個(gè)封裝公布了一個(gè)
40°C/W 的 θja值，那么 TI 部件在應(yīng)用中有可能比競爭對(duì)手的部將多冷卻 10%。
最近，JEDEC 已經(jīng)建立了一組標(biāo)準(zhǔn)用來測量并報(bào)告 IC 封裝的散熱性能。 這些標(biāo)準(zhǔn)全部屬于 EIA/JESD 51項(xiàng)下。 EIA/Semi 也具有一組與 JEDEC 版本完全不同的熱標(biāo)準(zhǔn)。 由于 θja不是一個(gè)常量，所以在嘗試一個(gè)比 較前，確定用來計(jì)算或測量 θja的標(biāo)準(zhǔn)就變得十分關(guān)鍵。 在 JEDEC 技術(shù)規(guī)范內(nèi)，允許兩個(gè)測試板類型。 一個(gè) 1s（單信號(hào)層）配置給出了一個(gè)針對(duì)適度板上組裝、 多層系統(tǒng)級(jí) PCB 應(yīng)用的典型使用值。 一個(gè) 2s2p（雙信號(hào)層、雙隱蔽式電源層）配置給出了一個(gè)最佳情況 性能估算，假定采用了具有隱蔽式電源和接地層的稀疏板上組裝、高走線密度板設(shè)計(jì)。圖 1顯示了對(duì)于 17中不同封裝類型，針對(duì)這兩個(gè)電路板的 θja差異。 請(qǐng)注意，針對(duì)這些模型，所有材料和封裝幾何圖形保持恒定。
圖 1. 對(duì)于多種封裝，1s 與 2s2p PCB 之間的關(guān)系 如圖所示，單單一個(gè) 1s 與 2s2p 測試卡結(jié)構(gòu)間關(guān)系的函數(shù)即可產(chǎn)生最多 50% 的 θja變化。
如果芯片或基板足夠大的話，一個(gè)封裝內(nèi)的芯片或裸片基板都可發(fā)揮均熱片的功能。 這個(gè)均熱片有兩重功 效。 首先，它將能量從芯片熱點(diǎn)分散到封裝表面上更廣闊的面積上，從而增加對(duì)流能量損耗。 第二，它增 加了基板到引線指或封裝焊球的熱傳輸，然后將熱量傳導(dǎo)至 PCB。圖 2顯示了卷帶式空間陣列芯片級(jí)封裝(CSP) 中芯片尺寸對(duì) θja 的影響。 如圖所示，針對(duì)此封裝的 θja隨芯片尺寸變化了大約 8 倍。 如果計(jì)劃縮小 芯片尺寸，那么很有必要重新測量或重新計(jì)算一個(gè)封裝的 θja。
圖 2. 芯片尺寸對(duì) CSP 的影響
這個(gè)話題是指一個(gè)封裝內(nèi)的布局布線，不管它是一個(gè)傳統(tǒng)的引線框架封裝、小型基板（S 基板）封裝、引線 片載 (LOC) 或球狀引腳柵格陣列 (BGA) 封裝。 越來越多普通的幾何形狀也可以對(duì)封裝散熱性能產(chǎn)生主要的 影響。 這些可以包括如圖 3中所示的封裝中引線頂端與芯片基板間的距離，或者甚至是基板和引線指之間的 引線框架。 后者是薄型封裝中特別重要的熱標(biāo)準(zhǔn)。 在 BGA 封裝中，內(nèi)插板走線布局在將熱量從芯片分散至 封裝焊球，再傳導(dǎo)至 PCB，的過程中十分重要。
圖 3. J/A 與 引腳到基板距離間的關(guān)系
由于周圍環(huán)境的空氣壓力隨著海拔的變化而變化，空氣的冷卻效率也在發(fā)生變化。 IBM [1]曾經(jīng)證明在海拔8000 英尺高運(yùn)行的器件會(huì)比在海平面上運(yùn)行的器件熱 20%。 其它調(diào)查已經(jīng)顯示當(dāng)在不同的海拔使用器件 時(shí)，風(fēng)扇性能和內(nèi)部底板空氣流動(dòng)會(huì)有很大變化。 應(yīng)該將這些影響考慮在內(nèi)，特別是當(dāng)未從散熱的角度考慮 系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)更是如此。 很多主要的系統(tǒng)公司具有壓力室以便在不同的有效海拔來測試他們的系統(tǒng)。 通常情 況下，這些公司用器件裝備他們的設(shè)計(jì)來測量器件運(yùn)行在不同分壓下的內(nèi)部組件溫度。表 2列出了取自 IBM公司的倍增因數(shù)來降低 θja額定值：
由于空氣的密度、粘度和熱容量隨著溫度的變化而變化，所以當(dāng)我們發(fā)現(xiàn) θja隨著周圍溫度的變化而變化時(shí)就 不應(yīng)感到意外了。 TI 熱實(shí)驗(yàn)室中的試驗(yàn)顯示當(dāng)在 0-100°C 的環(huán)境溫度范圍內(nèi)測量時(shí)，θja會(huì)提升 10-20% –也 就是說，100°C 環(huán)境溫度中的 θja大約比 0°C 環(huán)境溫度中的 θja提升 20%。
器件的表面溫度促使封裝的對(duì)流和輻射能量損失。 封裝表面變得越熱，到周圍環(huán)境的對(duì)流和輻射熱損耗就越 有效。 因此，當(dāng)封裝的功率加倍時(shí)，θja提升了大約 3% 這一情況就很正常了。 對(duì)于極低功率耗散，θja有時(shí) 比額定封裝功率水平高 2-3 倍。
Theta-ja (θja) 是一個(gè)系統(tǒng)級(jí)參數(shù)，這個(gè)參數(shù)在很大程度上取決于上面部分中所描述的系統(tǒng)參數(shù)；因此，有時(shí) 定義一個(gè) Theta-ja 效用， θjaeffective，會(huì)比較有用，這只是運(yùn)行在相關(guān)系統(tǒng)中的器件的 θja。 如果θjaeffective可以 從系統(tǒng)中的熱建?；驕y量中估算的話，可使用公式 1來計(jì)算結(jié)溫，前提是系統(tǒng)上周圍組件的功率不發(fā)生變 化。然后公式 1變成：
導(dǎo)致一個(gè) θjaeffective的系統(tǒng)條件應(yīng)該在報(bào)告一個(gè) θjaeffective時(shí)始終被定義。
結(jié)至外殼熱阻度量最開始是設(shè)計(jì)用來在散熱片被連接后估算一個(gè)封裝的散熱性能。 JEDEC JESD51.1 規(guī) 定，Theta-jc 是“一個(gè)半導(dǎo)體器件的運(yùn)行部分到最近接芯片安裝區(qū)域的封裝（外殼）表面的熱阻，此時(shí)同一表 面被適當(dāng)散熱以大大減少表面上的溫度變化。” 雖然現(xiàn)在沒有定義 θjc的可用 JEDEC 技術(shù)規(guī)范，但是確實(shí)有 一個(gè)非常通用的測量 θjc的行業(yè)做法。 在以下部分中描述了這個(gè)做法。 SEMI 標(biāo)準(zhǔn) G43-87 描述了一個(gè)測量 θjc的液體浸入方法。 雖然 TI 已經(jīng)在過去使用了這個(gè)方法，它只具有歷史價(jià)值，而并不在這里詳述。
這個(gè)方法強(qiáng)制幾乎所有測試器件的功率通過一個(gè)已定義的封裝表面。 根據(jù)器件上散熱片的安裝方法，這也許 是封裝的最底層。 總的來說，它是封裝的頂層表面。θjc在確定芯片和安裝散熱片的表面之間熱阻方面比較有 用?？偨Y(jié)起來，此過程是：
Step 1. 通常包含一個(gè)熱測試芯片的 IC 封裝被安裝在一個(gè)測試 PCB 上，它通常是 1s JEDEC 定義的測 試板。
Step 2. 當(dāng)外殼頂部被測量時(shí)，此封裝在一個(gè)dead bug布局中與一個(gè)純銅冷卻盤（一個(gè)具有循環(huán)恒定溫 度液體的純銅塊）壓配。 否則，當(dāng)封裝的主冷卻路徑通過一個(gè)焊接盤進(jìn)入 PCB 時(shí)，一個(gè)到封 裝底部的純銅冷卻盤觸點(diǎn)通過 PCB 提供。
Step 3. 硅樹脂散熱油脂或其他散熱接口材料提供冷卻盤與封裝間的散熱連接。
Step 4. 在測試試件周圍提供了隔熱以大大降低寄生熱損耗。
Step 5. 為器件加電。
Step 6. 測試芯片的結(jié)溫被測量。
Step 7. 通過壓在這個(gè)表面上的熱電偶或其它溫度傳感器，與冷卻盤接觸的封裝表面的溫度被測量。
Step 8. 通過將測得的溫度 delta 除以已耗散的功率來計(jì)算 θjc。
之前對(duì) θjc已過時(shí)的理解顯示在公式 3中。
在這里，被報(bào)告的封裝散熱性能 θja是兩個(gè)電阻，θjc和 θca的和。θca代表外殼至環(huán)境熱阻，它由這個(gè)等式定 義。 對(duì)于具有金屬罐的封裝，這也許是個(gè)有效的等式，在這類封裝中，溫度相對(duì)恒定，與 PCB 沒有熱連 接。 但是，這些條件并不適用于當(dāng)今與 PCB 緊密連接的塑料或陶瓷封裝。 在現(xiàn)在的封裝中，大散熱變化率 很常見，所以公式 3的意義值得商榷。 一個(gè)傳統(tǒng)的，但是無效的，θjc的用法就是計(jì)算運(yùn)行在一個(gè)系統(tǒng)中的芯片的結(jié)溫。 運(yùn)行在系統(tǒng)中的器件外殼溫 度使用熱電偶，IR 攝像頭或熒光探測器。 下面的等式被錯(cuò)誤地用來計(jì)算結(jié)溫：公式 4：
這里的錯(cuò)誤在于，在典型塑料封裝中，只有一小部分熱能量從封裝的頂部對(duì)流和輻射出去。 很多模型已經(jīng)顯 示，芯片 60-95% 的熱能量從封裝連接的 PCB 上對(duì)流和輻射出去。 如果用戶認(rèn)為全部功率從頂部表面耗散 的話，用公式 4計(jì)算出的結(jié)溫要高于實(shí)際溫度。 在具有熱工裕量的設(shè)計(jì)中，這是個(gè)麻煩，但是在沒有熱工裕 量的設(shè)計(jì)中，可采取錯(cuò)誤限制。 θjc的這個(gè)限制被全新的熱度量，Ψjt，所克服，在下面對(duì)它進(jìn)行說明。 公式 5顯示了 θjc針對(duì)這些實(shí)例的適當(dāng)應(yīng)用，此時(shí)一個(gè)高效散熱片被應(yīng)用到器件的頂部，對(duì)于這個(gè)器件，θjc比 θja?。?/p>
在這里，θsa是散熱片的散熱片至環(huán)境性能，而 θcs是散熱連接材料的外殼至散熱片熱阻（請(qǐng)見公式 7）。 環(huán) 境溫度是用于描述 θsa特性的位置，通常距離散熱片有一定的距離。 這個(gè)等式是針對(duì)封裝對(duì)準(zhǔn)確的等式，在 這里，θjc比 θja小，這意味著當(dāng)采用充足有效的散熱片時(shí)，大多數(shù)熱量可以通過封裝的表面散發(fā)出去。 公式 6顯示了一個(gè)比公式 5θja，θjc或 θsa的任一組合更加準(zhǔn)確的近似值，如果 θja對(duì)系統(tǒng)配置已知的話：
θcs的最好方法是實(shí)際測量 θcs值，但是如果這是不可能的話，公式 7可被用來估算 θcs。 請(qǐng)注意，由于 忽略了任意兩個(gè)表面之間可產(chǎn)生的熱連接電阻，這僅僅是一個(gè)估算值。
其中：
T = 封裝和散熱片之間連接層的厚度
K= 熱連接材料的總體散熱傳導(dǎo)率
A = 散熱連接材料的應(yīng)用面積
某些封裝具有諸如散熱塊或外露墊等構(gòu)造，這些構(gòu)造為封裝的頂部，底部或上下端散熱。 當(dāng)只有單個(gè)表面用 于散熱時(shí)，根據(jù) JEDEC JC51.1 技術(shù)規(guī)范，這個(gè)表面就是將被用于 Theta-jc 的表面。 某些時(shí)候，設(shè)計(jì)人員 希望也將封裝頂部的散熱片包括在內(nèi)，雖然外露墊被焊接到 PCB 上。 在這樣的實(shí)例中，為了避免在提及表 面時(shí)造成的混淆，對(duì) Theta-jc 頂部 (θjctop) 和 Theta-jc 底部 (θjcbottom) 進(jìn)行定義是適當(dāng)?shù)淖龇ā?頂部表面是背 對(duì)著 PCB 的封裝表面，而底部表面是面對(duì) PCB 的封裝表面。 當(dāng) θjcbottom被測量時(shí)，制作了一個(gè)具有切口的 特殊 PCB 以實(shí)現(xiàn)底部封裝表面與純銅冷卻盤的接觸。 當(dāng)與純銅冷卻盤接觸時(shí)，封裝底部表面讀取的溫度成 為外殼溫度，這個(gè)溫度用來計(jì)算外殼和芯片結(jié)溫之間的溫度 delta。
應(yīng)該注意的是，德州儀器 (TI) 有時(shí)已經(jīng)使用 Theta-jp 或結(jié)至外露墊的命名法，來表示結(jié)點(diǎn)與封裝外露墊之 間的熱阻。 不論這個(gè)墊是暴露在封裝的頂部或底部，這個(gè)命名法都已經(jīng)被使用。
在一次為用戶社區(qū)提供熱度量以從測得的外殼溫度估算使用中的結(jié)溫的嘗試中，一個(gè)全新的熱度量，Ψjt，已 經(jīng)被業(yè)界采用 (EIA/JESD 51-2)。 這個(gè)度量由希臘字母 Psi(Ψ) 而不是 Theta (θ) 定義，這是因?yàn)?Ψjt不是真正地?zé)嶙琛?br/>下面從 EIA/JESD 51-2 中總結(jié)了 Ψjt 的測量過程：
Step 1. 在一個(gè)測試板上安裝一個(gè)測試封裝，此封裝通常包含一個(gè)散熱測試芯片。
Step 2. 將一個(gè)細(xì)規(guī)度熱電偶導(dǎo)線（36 規(guī)度或更?。そY(jié)到封裝的頂部中央。
Step 3. 沿著封裝來熱電偶導(dǎo)線以大大減少熱電偶的散熱性。
Step 4. 在測試芯片中耗散功率。
Step 5. 測量測試芯片結(jié)溫和熱電偶溫度。
Step 6. 將結(jié)溫和表面溫度間的散熱變化率除以耗散的功率。
為什么 Ψjt不是一個(gè)真正的熱阻？ 在上面的過程中，測試芯片所產(chǎn)生的熱能量被允許沿著優(yōu)先散熱傳導(dǎo)路徑 正常流動(dòng)。 從芯片流動(dòng)到封裝頂部的熱量在測量中是未知的，但是假定為器件的總功率，以實(shí)現(xiàn) Ψjt計(jì)算的 目的。 很明顯，這個(gè)假設(shè)是無效的，但是當(dāng)用這種方法進(jìn)行計(jì)算時(shí)，Ψjt成為一個(gè)非常有用的數(shù)，這是因?yàn)?此試驗(yàn)配置與 IC 封裝的應(yīng)用環(huán)境十分類似。 這樣的話，測試期間，從芯片流向封裝頂部的能量數(shù)量與流進(jìn) 一個(gè)應(yīng)用環(huán)境中的能量分割類似。 與公式 4相比，使用公式 8可以非常接近地估算實(shí)際結(jié)溫。
對(duì)于塑料封裝，相對(duì)于 4-15°C/W 的 θjc值， Ψjt的典型值為 0.5-2.0°C/W。較薄的封裝具有比較厚封裝更小 的 Ψjt值。 具有嵌入式散熱塊的封裝的 Ψjt值接近為零。 您應(yīng)該注意到，Ψjt隨著電路板結(jié)構(gòu)和空氣流通情況 的變換而變化，如表 3中所示。 這些值通過建模獲得。
外殼溫度被定義為器件頂上最熱的溫度。 在大多數(shù)實(shí)例中，這是器件的頂部中心或器件的蓋子。 可使用一 個(gè)紅外 (IR) 攝像機(jī)、熒光探測器、熱電偶或 IR 槍式探測器（具有 4mm 直徑的最大觀察視野）來執(zhí)行外殼 溫度測量（為了實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確性），提及這些測量設(shè)備只是為了列舉幾個(gè)技術(shù)。 當(dāng)熱電偶被選中作為執(zhí)行測量的 技術(shù)時(shí)，應(yīng)該使用細(xì)規(guī)度導(dǎo)線（36 至 40 規(guī)度，J 或 K 線）以大大減少熱電偶的局部冷卻。 您應(yīng)該意識(shí) 到，如果外殼溫度由大于 36 的規(guī)度熱電偶測量，熱電偶吸收表面的熱量，冷卻正在被測量的位置，從而使 公式 8的計(jì)算無效。 使用一個(gè)大規(guī)度熱電偶來測量封裝頂部表面所帶來的影響是可觀的，從而將環(huán)境和實(shí)際 表面溫度之間的 delta 減少 50% 或者更多。 即使當(dāng) 36 規(guī)度或者更小熱電偶被采用時(shí)，也會(huì)有錯(cuò)誤發(fā)生。
如果正在使用一個(gè)熱電偶，它應(yīng)該被接至封裝表面的中央 (±1mm)，一側(cè)上的熱傳導(dǎo)環(huán)氧樹脂的微珠小于等 于 2mm x 2mm。 不建議將熱電偶捆扎在封裝表面。 為了大大減少熱電偶的散熱性，導(dǎo)線應(yīng)該沿著封裝的 對(duì)角線穿過，向下到達(dá) PCB 表面，并且在從 PCB 豎起前長度要超過 25mm。 通過使用膠帶可將熱電偶導(dǎo) 線釘在 PCB 上以實(shí)現(xiàn)這個(gè)走線的目的。 熱電偶導(dǎo)線規(guī)度的不正確使用會(huì)導(dǎo)致 5-50% 的測量錯(cuò)誤。 當(dāng)使用一個(gè) IR 攝像機(jī)或 IR 槍式探測器時(shí)，請(qǐng)確保根據(jù)被測量表面的發(fā)射率來校正讀數(shù)。 詳細(xì)信息請(qǐng)參見 您的工具文檔。 由于散熱片覆蓋了將被測量的表面，所以測量應(yīng)用了散熱片的外殼溫度意味著特別的挑戰(zhàn)。 如果您希望在應(yīng) 用了散熱片的表面上測量外殼溫度，建議使用以下步驟。
Step 1. 在散熱片上鉆一個(gè)直徑 1mm 或更小的孔，當(dāng)散熱片被連接上時(shí)，使這個(gè)孔位于封裝的中央。 一定要在將散熱片連接到封裝之前在散熱片上打孔。 如果壓敏黏合劑被用來固定散熱片，請(qǐng)打 孔鉆過這個(gè)黏合劑。 請(qǐng)確保沒有金屬毛邊或其他材料干擾貼合表面。
Step 2. 將散熱片貼在封裝上。 如果環(huán)氧樹脂被用來散熱片黏貼，用蠟、泡沫或其他材料填充步驟 1 中 鉆出的孔以確保這個(gè)孔不會(huì)被環(huán)氧樹脂填滿。 請(qǐng)小心，不要使這個(gè)材料污染散熱片黏貼表面。
Step 3. 用散熱油脂來填充這個(gè)孔。 如果這個(gè)孔被塞住以避免環(huán)氧樹脂填充，請(qǐng)一定清空這個(gè)孔。
Step 4. 將一個(gè)上面描述的細(xì)規(guī)度熱電偶穿過這個(gè)孔，并且用一滴環(huán)氧樹脂或膠帶固定。
當(dāng)打算應(yīng)用散熱片時(shí)，不應(yīng)使用 Ψjt。 而應(yīng)使用公式 5和公式 6。
結(jié)至電路板熱阻，或結(jié)至引腳熱阻，嘗試用一個(gè)數(shù)字表示封裝和電路板之間的熱阻。 現(xiàn)實(shí)中，結(jié)至電路板熱 阻是分布的，具有不同的電阻路徑，例如結(jié)至引腳至電路板以及結(jié)通過塑料通過空氣至電路板。 然而，一個(gè) 諸如 θjb的單熱度量在根據(jù)以下簡單 3 電阻器散熱近似值來第一遍估算結(jié)溫時(shí)比較有用。 在這個(gè)模型下，結(jié) 至電路板電阻就是測得的或建模獲得的 θjb值。 結(jié)至外殼表面的電阻就是測得的或建模獲得的 θjc值。 環(huán)境電 阻，Ra，可從封裝頂部的對(duì)流熱損耗和輻射損耗計(jì)算得出。
對(duì)于一個(gè)完整的系統(tǒng)仿真，電路板應(yīng)該進(jìn)一步包含于電路板材料、走線、熱導(dǎo)孔等相關(guān)的熱傳導(dǎo)電阻，以實(shí) 現(xiàn)圖 6中顯示的系統(tǒng)中的每個(gè)封裝的結(jié)溫計(jì)算。 PCB 至環(huán)境的熱阻應(yīng)該由很多分布電阻表示，對(duì)于這個(gè) 圖，這些分布電阻被搜集在一起成為 PCB 至環(huán)境電阻。
使用 θjb在一個(gè)比上面顯示的模型更加詳細(xì)的模型中計(jì)算系統(tǒng)結(jié)溫的問題在于確定如何重新分配信號(hào)熱阻節(jié) 點(diǎn)，這個(gè)節(jié)點(diǎn)將 θjb端接在系統(tǒng) PCB 上的封裝上。 在使用空間陣列封裝的情況下，芯片、封裝和電路板緊密的熱連接在一起，以至于將封裝熱連接表示為一個(gè)點(diǎn)是錯(cuò)誤的。 一個(gè)常見的解決方案是將封裝下方的 PCB表面與一盤非常高的熱傳導(dǎo)性材料短接在一起。 這引入了錯(cuò)誤。 另外一個(gè)解決方案是在電源和 PCB 之間包 含一個(gè)封裝尺寸大小的固體材料塊。 計(jì)算了這個(gè)塊的傳導(dǎo)性以給出電源和系統(tǒng)電路板之間的合適 θjb熱阻。 在歐盟的 ESPIRIT 集團(tuán)的贊助下，已經(jīng)在歐洲完成了被稱為緊湊模型的封裝，此封裝使用少量的模擬熱阻[2]。 緊湊模型使用一個(gè)更加精密的熱阻網(wǎng)絡(luò)來更加準(zhǔn)確地表示封裝散熱性能。 現(xiàn)在，緊湊模型常見于大多 數(shù)系統(tǒng)級(jí)散熱建模工具，并可向 TI 索取。
測量 θjb的主要方法如下：
Step 1. 包含一個(gè)散熱測試芯片的測試包被安裝在測試板上。
Step 2. 一個(gè)細(xì)規(guī)度熱電偶（36-40 規(guī)度）被粘結(jié)或焊接在最靠近芯片的器件引腳上。 在使用 BGA 封 裝的情況下，熱電偶被焊接或粘結(jié)到最接近芯片的封裝邊沿下的走線上。
Step 3. 電路板被固定在一個(gè)特殊的雙冷卻盤裝置內(nèi)，此裝置在封裝和冷卻盤表面具有隔熱層，但是在 冷卻盤與電路板之間有熱觸點(diǎn)。 冷卻盤為 PCB 散熱。
Step 4. 功率在芯片內(nèi)耗散。
Step 5. 芯片和引腳的溫度被監(jiān)視。
Step 6. 當(dāng)實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，結(jié)至引腳間溫度的 delta 除以總功率耗散。 在 EIA/JESD 51-8 中對(duì)這個(gè)過程進(jìn)行了更加準(zhǔn)確的定義。
、
Ψjb 的概念與 Ψjt相似。 它是指結(jié)溫和中央封裝引腳溫度間差異的測量，除以器件的功率耗散。 這樣的話， 它不是真正的熱阻，這是因?yàn)橥ㄟ^這個(gè)熱阻的功率實(shí)際分割是未知的。
Ψjb使得系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員能夠用一個(gè)細(xì)規(guī)度熱電偶來測量電路板溫度，并反過來使用公式 9計(jì)算結(jié)溫。 應(yīng)該注 意的是，由于器件熱量的 70%-95% 由 PCB 散發(fā)，Ψjb接近 θjb。
Ψjb的測量由 EIA/JESD 51-6 定義。 在選擇熱偶類型、規(guī)度時(shí)應(yīng)該小心，并且在將熱電偶穿過 PCB 時(shí)，應(yīng) 該采用與熱電偶測量外殼溫度用于 Ψjt測量時(shí)所用的方式相類似的方式。 在進(jìn)行 Ψjt測量時(shí)，IR 攝像機(jī)或光 線探測器可被用來測量 PCB 溫度。 然而，由于圖像采集點(diǎn)的尺寸太小，所以 IR 散熱槍式探測器不太適 用。
標(biāo)記有工業(yè)用溫度范圍的德州儀器 (TI) 器件工作在 -40°C 的 85°C 環(huán)境溫度下，此時(shí)要小心謹(jǐn)慎以確保不超 過絕對(duì)最大運(yùn)行溫度。 請(qǐng)注意，系統(tǒng)級(jí)散熱設(shè)計(jì)被要求規(guī)定不超過最大運(yùn)行器件溫度，即使輸入環(huán)境空氣溫 度介于 -40°C 和 85°C 之間時(shí)也是如此。 當(dāng)工業(yè)用溫度范圍被指定時(shí)，最小運(yùn)行溫度為 -40°C。 由于沒有 定義工業(yè)用溫度含義的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，所以公司和公司之間會(huì)有可能存在變化。 標(biāo)記有商用溫度范圍的德州儀器 (TI) 器件工作在 0°C 的 70°C 環(huán)境溫度下，此時(shí)要小心謹(jǐn)慎以確保不超過絕 對(duì)最大運(yùn)行溫度。 當(dāng)商用溫度范圍被指定時(shí)，最小運(yùn)行溫度為 0°C。
結(jié)溫— 封裝內(nèi)硅芯片的最高溫度。
建議運(yùn)行溫度— 器件在設(shè)計(jì)使用壽命內(nèi)持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)在指定性能時(shí)的結(jié)溫。 如果器件在高于這個(gè)溫度的環(huán)境內(nèi) 運(yùn)行，器件的可靠性有可能會(huì)降級(jí)。 某些器件將在這個(gè)溫度以上不能工作。 其它偶爾會(huì)用到的措辭 是建議持續(xù)運(yùn)行結(jié)溫。
絕對(duì)最大運(yùn)行溫度— 器件可供電運(yùn)轉(zhuǎn)的最大結(jié)溫。 如果器件持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)在這個(gè)溫度下，器件的使用壽命會(huì)減少。 其它偶爾會(huì)用到的措辭最大運(yùn)行溫度。
絕對(duì)最大結(jié)溫— 超過這個(gè)溫度，器件會(huì)出現(xiàn)損壞。 器件在這個(gè)溫度上有可能不能工作或達(dá)到預(yù)期的性能。
最大外殼溫度— 有時(shí)，給出一個(gè)最大外殼溫度，而不是指定最大運(yùn)行溫度。 在最大外殼溫度上運(yùn)行器 件（無散熱片）會(huì)導(dǎo)致芯片運(yùn)行在建議運(yùn)行結(jié)溫上。 有時(shí)，這被寫成 T外殼。 T外殼通常在封裝頂部表面 的中央進(jìn)行測量。
周圍空氣溫度— 對(duì)個(gè)源列出了不同的位置以確定周圍環(huán)境溫度 NEBS 將進(jìn)入系統(tǒng)盒中的空氣溫度指定為環(huán) 境空氣溫度。 AEC 將器件下方的空氣溫度指定為環(huán)境空氣溫度。 JEDEC 指定 PCB 之前的空氣流溫 度。 有時(shí)，在器件的上方測量環(huán)境空氣溫度，作為對(duì)環(huán)境的理解。 這些測量位置中的每一個(gè)都產(chǎn)生 一個(gè)針對(duì)環(huán)境空氣溫度的不同溫度。 在任何情況下，影響器件穩(wěn)定性和功能性的關(guān)鍵因數(shù)是結(jié)溫，而 不是環(huán)境溫度，理解這一點(diǎn)很重要。 由于結(jié)溫和環(huán)境溫度是互相關(guān)聯(lián)的，在采取任何系統(tǒng)級(jí)分析前， 澄清環(huán)境溫度假設(shè)十分關(guān)鍵。