JEDEC封装热阻Rja热仿真模型介绍

2024-08-03 18:52   陕西  
网上讲热仿真的教程、文章有很多,讲封装热阻的文章也有很多,但是讲封装热阻仿真的却少之又少,能找到的,也仅仅是教你如何使用Icepak自带的JEDEC模型去仿Rja,但却没有你告诉大家为什么模型是这样的,为什么计算域设置和Icepak教程中设置的不一样?
Icepak教程中的求解域设置,是为了无限接近地去模拟产品在使用过程中的外界环境状态。比如《ANSYS Icepak电子散热基础教程》中第一章1.6节中的示例"某LED自然冷却模型实例"中将求解域设置为一个6面开口的模型,目的就是为了模拟该LED灯放置在自然对流状态下的热性能表现。以便预估产品在实际使用过程中的热表现。
而JEDEC的Rja模型,在JESD51-2a中有做介绍,其目的主要是为了定义一个统一的、准确的、可重复的测试环境,这个标准的测试环境可以用来对比不同厂家、不同产品、不同封装之间热阻的优劣,但是不能代表产品在其真实应用场景的热表现

那么这种所谓的标准模型又是什么样子的呢?

JEDEC的Rja模型(JESD51-2a):将待测芯片安装在测试板上,然后将测试板安装在一个反放的"T"型支架上,最后将其完全包裹在一个边长为305mm的正方体的盒子中,而"T"型支架与外壳,均使用热导率低的材料制成(<0.5W/m*k),

初看到这里的时候,我也有一个疑问,把待测模型完全包裹在一个导热率极低的一个密闭的纸箱子里,的确降低了外界环境变化对测试结果的影响,但最终的测试温度岂不会因为这个密闭的绝热腔体导致温度升的很高吗?

为此我们单独对这个模型进行一个简易的热分析。

假设外部外部是一个稳定的理想环境,待测模型放置在一个完全开放的环境中测试时,其测试模型如下:

而JEDEC的测试模型增加了一个绝热外壳,其测试模型如下:

相比之下,JEDEC测试模型比理想测试条件增加了壳内空气热阻以及外壳热阻,其热流由PCB板表面至环境传递过程如下:

因此,相比理想环境下的热传递,JEDEC多了外壳内、外壁的热对流以及外壳内部的热传导,空气对流换热系数为5~25W/(m²*K),我们这里取下限5W/(m²*K),外壳热阻要求为<0.5W/(m*k),这里我们取常用的0.2W/(m*k),计算结果如下:

因此增加的总热阻R总=2*R对流+R传导=0.75K/W,也就是稳态下传递1W的热量,壳内空气温度仅仅增加0.75℃,因此不必担心密闭的腔体会给模型带来过高的温升。

并且由此可见,在仿真过程中,外壳壁面的换热系数设置5还是25,外壳材料的导热系数是选择0.1还是0.5,对其结果影响均不大。

而当产品最终应用时所使用的PCB板叠层、厚度设置与JEDEC测试板接近,且应用于一个开放的环境中,仅靠PCB板与环境进行热交换的话,实际应用时的热表现则可直接参考JEDEC Rja结果。

集成电路封装设计
定期分享关于集成电路封装设计、仿真、工艺等方面学习总结以及相关软件操作教程
 最新文章