चिप ऊष्मा अपव्यय और ऊष्मा उत्पादन की अवधारणाओं पर चर्चा

    यह लेख मुख्य रूप से चिप ताप अपव्यय/हीटिंग, थर्मल प्रतिरोध, तापमान वृद्धि और थर्मल डिजाइन की अवधारणाओं पर चर्चा करता है।

चिप का गर्म होना और हानि

चिप की शक्ति हानि, एक ओर, प्रभावी इनपुट शक्ति और आउटपुट शक्ति के बीच अंतर को संदर्भित करती है, जिसे विलुप्त शक्ति कहा जाता है। नुकसान का यह हिस्सा गर्मी रिलीज में परिवर्तित हो जाएगा। गर्मी पैदा करना अच्छी बात नहीं है, और इससे घटकों और उपकरणों की विश्वसनीयता कम हो जाएगी। यह चिप को गंभीर रूप से नुकसान पहुंचाएगा।

अपव्यय शक्ति, कुछ चिप्स के स्पेक में यह पैरामीटर होगा, जो अधिकतम स्वीकार्य बिजली अपव्यय को संदर्भित करता है, बिजली अपव्यय और गर्मी संगत होती है, स्वीकार्य बिजली अपव्यय जितना अधिक होगा, संबंधित जंक्शन तापमान भी बड़ा होगा।

दूसरी ओर, चिप बिजली की खपत प्रति यूनिट समय में विद्युत उपकरणों द्वारा खपत की गई ऊर्जा की मात्रा को संदर्भित करती है, और इकाई डब्ल्यू है, जैसे कि 2000W का एयर कंडीशनर और इसी तरह।

थर्मल प्रतिरोध और तापमान वृद्धि

हम सभी एक कहावत जानते हैं: बर्फ ठंडी नहीं होती और बर्फ ठंडी हो जाती है। यह एक शारीरिक प्रक्रिया है. बर्फबारी डीसब्लिमेशन और एक्सोथर्म की एक प्रक्रिया है, और बर्फ का पिघलना पिघलने और गर्मी को अवशोषित करने की एक प्रक्रिया है। चिप का तापमान वृद्धि परिवेश के तापमान (25 डिग्री) के सापेक्ष है, इसलिए थर्मल प्रतिरोध की अवधारणा का उल्लेख करना होगा।

थर्मल प्रतिरोध वस्तु के दोनों सिरों पर तापमान अंतर और गर्मी स्रोत की शक्ति के बीच के अनुपात को संदर्भित करता है जब वस्तु पर गर्मी प्रसारित होती है, और इकाई डिग्री / डब्ल्यू या के / डब्ल्यू होती है। जैसा कि नीचे दिए गए चित्र में दिखाया गया है, जब एक चिप को पीसीबी पर टांका लगाया जाता है, तो चिप के लिए तीन मुख्य ताप अपव्यय पथ होते हैं, जो तीन थर्मल प्रतिरोधों के अनुरूप होते हैं।

1. चिप के अंदर से शेल और पिन तक थर्मल प्रतिरोध - चिप तय है और इसे बदला नहीं जा सकता है।

2. चिप पिन से पीसीबी बोर्ड तक थर्मल प्रतिरोध - अच्छे सोल्डरिंग और पीसीबी बोर्ड द्वारा निर्धारित किया जाता है।

3. चिप केस से हवा तक थर्मल प्रतिरोध - हीट सिंक और चिप के परिधीय स्थान द्वारा निर्धारित किया जाता है। सेमीकंडक्टर चिप थर्मल प्रतिरोध पैरामीटर

टा परिवेश का तापमान है, टीसी मामले की सतह का तापमान है, और टीजे जंक्शन का तापमान है। Θja: जंक्शन तापमान (Tj) और परिवेश तापमान (Ta) के बीच थर्मल प्रतिरोध। Θjc: जंक्शन तापमान (Tj) और केस सतह तापमान (Tc) के बीच थर्मल प्रतिरोध। Θca: केस की सतह के तापमान (Tc) और परिवेश के तापमान (Ta) के बीच थर्मल प्रतिरोध।

थर्मल प्रतिरोध की गणना सूत्र है: Θja=(Tj-Ta)/Pd → Tj=Ta प्लस Θja*Pd जहां Θja*Pd तापमान वृद्धि है, जिसे कैलोरी मान भी कहा जा सकता है .

1. निरंतर थर्मल प्रतिरोध की स्थिति के तहत, बिजली की खपत पीडी जितनी कम होगी, तापमान उतना ही कम होगा।

2. एक निश्चित बिजली खपत के मामले में, थर्मल प्रतिरोध जितना छोटा होगा, उतना बेहतर होगा, और थर्मल प्रतिरोध जितना छोटा होगा, गर्मी अपव्यय उतना ही बेहतर होगा।

जंक्शन तापमान गणना त्रुटियाँ

कई लोग जंक्शन तापमान की गणना के लिए इस सूत्र का उपयोग करते हैं: Tj=Ta प्लस Θja*Pd, जो TI के दस्तावेज़ में बताया गया है, लेकिन यह सटीक नहीं है।

सामान्य अर्थ यह है कि Θja एक बहु-परिवर्तनीय फ़ंक्शन है, जो पीसीबी पर सोल्डर की गई चिप की वास्तविक स्थिति को प्रतिबिंबित नहीं कर सकता है, और इसका पीसीबी के डिजाइन और चिप/पैड के आकार के साथ एक मजबूत संबंध है। जैसे-जैसे ये कारक बदलते हैं, Θja का मान भी बदल जाएगा। चिप निर्माता परीक्षण Θja और हमारे वास्तविक उपयोग के बीच एक बड़ा अंतर है, इसलिए इसका उपयोग जंक्शन तापमान की गणना करने के लिए किया जाता है, और त्रुटि बड़ी होगी।

थर्मल प्रतिरोध Θja का इन मापदंडों के साथ एक मजबूत संबंध है

उसी समय, एक इन्फ्रारेड कैमरे के साथ चिप शेल के तापमान टीसी को मापने के लिए सूत्र Tj=Tc प्लस Θjc * Pd का उपयोग करना, और फिर Tj की गणना करना बहुत सटीक नहीं है। चिप के थर्मल प्रदर्शन का मूल्यांकन करने और अन्य चिप्स के साथ तुलना करने के लिए निर्माता द्वारा दिए गए Θja और Θjc हमारे लिए अधिक हो सकते हैं।

कुछ चिप्स के मापदंडों में ΨJT और ΨJB होंगे। ये दो पैरामीटर वास्तविक थर्मल प्रतिरोध नहीं हैं। चिप निर्माताओं द्वारा ΨJT और ΨJB का परीक्षण करने के लिए उपयोग की जाने वाली विधि वास्तविक डिवाइस के अनुप्रयोग वातावरण के बहुत करीब है, इसलिए इसका उपयोग जंक्शन तापमान का अनुमान लगाने के लिए किया जा सकता है। इसे उद्योग द्वारा भी अपनाया जाता है, और यह देखा जा सकता है कि ये दो पैरामीटर Θja और Θjc से छोटे हैं, इसलिए समान बिजली खपत के तहत, Θja द्वारा गणना किया गया जंक्शन तापमान वास्तविक तापमान से अधिक है।

ΨJT जंक्शन से पैकेज के शीर्ष तक को संदर्भित करता है, जंक्शन से पैकेज शेल तक का पैरामीटर, गणना सूत्र Tj =Tc प्लस ΨJT*Pd है, Tc चिप शेल तापमान है। ΨJB, जंक्शन से बोर्ड, जंक्शन से पीसीबी बोर्ड मापदंडों को संदर्भित करता है, गणना सूत्र है: Tj =Tb प्लस ΨJB*Pd, Tb पीसीबी बोर्ड का तापमान है।

जंक्शन तापमान की गणना के लिए ΨJT और ΨJB का उपयोग किया जा सकता है

थर्मल डिज़ाइन

थर्मल डिज़ाइन ईएमसी समस्या के समान है, इसे प्रारंभिक चरण में हल करना सबसे अच्छा है, अन्यथा बाद में सुधार बहुत परेशानी भरा होगा। डिज़ाइन के प्रारंभिक चरण में, संरचना, पीसीबी स्टैकिंग, लेआउट, सजावट आदि पर विचार किया जाता है, और बाद के चरण में गर्मी अपव्यय सामग्री पर विचार किया जाता है।