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1、芯片電路熱設(shè)計(jì)指南????半導(dǎo)體器件產(chǎn)生的熱量來(lái)源于芯片的功耗，熱量的累積必定導(dǎo)致半導(dǎo)體結(jié)點(diǎn)溫度的升高，隨著結(jié)點(diǎn)溫度的提高，半導(dǎo)體器件性能將會(huì)下降，因此芯片廠家都有規(guī)定半導(dǎo)體器件的結(jié)點(diǎn)溫度。在普通數(shù)字電路中，由于低速電路的功耗較小，在正常的散熱條件下，芯片的溫升不會(huì)太大，所以不用考慮芯片的散熱問(wèn)題。而在高速電路中，芯片的功耗較大，在正常條件下的散熱不能保證芯片的結(jié)點(diǎn)溫度不超過(guò)允許工作溫度，因此需要考慮芯片的散熱問(wèn)題。1、熱量傳遞????在通常條件下，熱量的傳遞通過(guò)傳導(dǎo)、對(duì)流、輻射3種方式進(jìn)行。傳導(dǎo)是通過(guò)物體的接觸，將熱
2、流從高溫向低溫傳遞，導(dǎo)熱率越好的物體則導(dǎo)熱性能越好，一般來(lái)說(shuō)金屬導(dǎo)熱性能最好；對(duì)流是通過(guò)物體的流動(dòng)將熱流帶走，液體和氣體的流速越快，則帶走的熱量越多；輻射不需要具體的中間媒介，直接將熱量發(fā)送出去，真空中效果更好。????散熱時(shí)需要考慮3種傳熱方式。例如使用導(dǎo)熱率好的材料，如銅、鋁及其合金做導(dǎo)熱材料，通過(guò)增加風(fēng)扇來(lái)加強(qiáng)對(duì)流，通過(guò)材料處理來(lái)增強(qiáng)輻射能力等。2、簡(jiǎn)單熱量傳遞模型????熱量分析中引入一個(gè)熱阻參數(shù)，類(lèi)似于電路中的電阻。如果電路中的電阻計(jì)算公式為R=ΔE/I，則對(duì)應(yīng)的熱阻對(duì)應(yīng)公式為R=ΔT/P（P表示功耗，單位W
3、,ΔT表示溫差，單位℃）。熱阻的單位為℃/W，表示功率增加1W時(shí)所引起的溫升。????考慮集成芯片的熱量傳遞，可以使用如下圖形描述???高速電路設(shè)計(jì)中的散熱考慮在普通的數(shù)字電路設(shè)計(jì)中，我們很少考慮到集成電路的散熱，因?yàn)榈退傩酒墓囊话愫苄?，在正常的自然散熱條件下，芯片的溫升不會(huì)太大。隨著芯片速率的不斷提高，單個(gè)芯片的功耗也逐漸變大，例如：Ｉｎｔｅｌ的奔騰ＣＰＵ的功耗可達(dá)到25W。當(dāng)自然條件的散熱已經(jīng)不能使芯片的溫升控制在要求的指標(biāo)之下時(shí)，就需要使用適當(dāng)?shù)纳岽胧﹣?lái)加快芯片表面熱的釋放，使芯片工作在正常溫度范圍之內(nèi)。?
4、??通常條件下，熱量的傳遞包括三種方式：傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射。傳導(dǎo)是指直接接觸的物體之間熱量由溫度高的一方向溫度較低的一方的傳遞，對(duì)流是借助流體的流動(dòng)傳遞熱量，而輻射無(wú)需借助任何媒介，是發(fā)熱體直接向周?chē)臻g釋放熱量。???在實(shí)際應(yīng)用中，散熱的措施有散熱器和風(fēng)扇兩種方式或者二者的同時(shí)使用。散熱器通過(guò)和芯片表面的緊密接觸使芯片的熱量傳導(dǎo)到散熱器，散熱器通常是一塊帶有很多葉片的熱的良導(dǎo)體，它的充分?jǐn)U展的表面使熱的輻射大大增加，同時(shí)流通的空氣也能帶走更大的熱能。風(fēng)扇的使用也分為兩種形式，一種是直接安裝在散熱器表面，另一種是安裝在機(jī)
5、箱和機(jī)架上，提高整個(gè)空間的空氣流速。與電路計(jì)算中最基本的歐姆定律類(lèi)似，散熱的計(jì)算有一個(gè)最基本的公式：?????????????????溫差=熱阻×功耗???在使用散熱器的情況下，散熱器與周?chē)諝庵g的熱釋放的"阻力"稱(chēng)為熱阻，散熱器與空氣之間"熱流"的大小用芯片的功耗來(lái)代表，這樣熱流由散熱器流向空氣時(shí)由于熱阻的存在，在散熱器和空氣之間就產(chǎn)生了一定的溫差，就像電流流過(guò)電阻會(huì)產(chǎn)生電壓降一樣。同樣，散熱器與芯片表面之間也會(huì)存在一定的熱阻。熱阻的單位為℃/W。選擇散熱器時(shí)，除了機(jī)械尺寸的考慮之外，最重要的參數(shù)就是散熱器的熱阻。
6、熱阻越小，散熱器的散熱能力越強(qiáng)。下面舉一個(gè)電路設(shè)計(jì)中熱阻的計(jì)算的例子來(lái)說(shuō)明：??????設(shè)計(jì)要求：芯片功耗：20瓦??????芯片表面不能超過(guò)的最高溫度：85℃??????環(huán)境溫度（最高）：55℃計(jì)算所需散熱器的熱阻。實(shí)際散熱器與芯片之間的熱阻很小，取01℃/W作為近似。則?????（R+0.1）×20W=85℃-55℃???????得到R=1.4℃/W只有當(dāng)選擇的散熱器的熱阻小于1.4℃/W時(shí)才能保證芯片表面溫度不會(huì)超過(guò)85℃。???使用風(fēng)扇能帶走散熱器表面大量的熱量，降低散熱器與空氣的溫差，使散熱器與空氣之間的熱阻
7、減小。因此散熱器的熱阻參數(shù)通常用一張表來(lái)表示。如下例： 風(fēng)速（英尺/秒）?熱阻（℃/W）03.51002.82002.33002.04001.8?芯片熱設(shè)計(jì)(與散熱設(shè)計(jì)相關(guān)的幾個(gè)重要的參數(shù)以及如果通過(guò)節(jié)點(diǎn)溫度來(lái)判斷芯片的溫度過(guò)高)??????隨著芯片的集成度、功率密度的日愈提高，芯片的溫度越來(lái)越成為系統(tǒng)穩(wěn)定工作、性能提升的絆腳石。必須充分考慮產(chǎn)品的穩(wěn)定性、工作壽命，環(huán)境適應(yīng)能力等等。而這些都和溫度有著直接或間接的關(guān)系。數(shù)據(jù)顯示，45%的電子產(chǎn)品損壞是由于溫度過(guò)高?？梢?jiàn)散熱設(shè)計(jì)的重要性。本文主要針對(duì)芯片的熱設(shè)計(jì)做簡(jiǎn)要闡述
8、，希望對(duì)您的設(shè)計(jì)可以起到指導(dǎo)作用。????芯片廠家提供的芯片Datasheet是我們判斷的基礎(chǔ)依據(jù)，所以如何理解Datasheet的相關(guān)參數(shù)將是我們進(jìn)行判斷的第一步。下面將對(duì)Datasheet中常用的熱參數(shù)逐一說(shuō)明。一、Datasheet中和散熱有關(guān)的幾個(gè)重要參數(shù)????P--芯片功耗，單位W（瓦）。功耗是熱量產(chǎn)生的直接原因。功耗
