JEDEC文件中,分别定义了Rja、Rjb、Rjc的热阻仿真模型,一开始学习仿真的时候觉得很是不理解,我们为什么不能直接使用Rja的模型中直接获取结温、板温以及壳温,然后用公式θ=ΔT/P来计算Rjb以及Rjc的热阻?
直到看到JESD51-8的Rjb封装热阻模型描述才搞明白其奥秘。文中对其模型描述如下:
模型要求:
芯片最大投影边缘距环形热沉边缘距离≥5mm;
上、下隔热层距芯片、PCB板距离在1~5mm之内;
PCB温度采样点距芯片长边中心引脚距离小于1mm,若为QFN或BGA封装,需去掉PCB表面绿油,使热电偶直接和金属层连接;
环形热沉与PCB接触区域宽度≥4mm;
隔热材料(Insulation)热导率要求<0.1W/(m*k)
我们简单对其散热路径进行分析:
我们在做热仿真以及热阻测试时,所获得的已知参量为结温Tj,芯片与PCB板接触区域温度Tb,以及芯片总的热功耗P,而该模型的热传导是通过两条支路(支路1和支路2)完成的,因此需尽可能的降低支路1传导的热功耗,使其绝大多数热沿支路2传播,这样的话,使用Rjb=(Tj-Tb)/P来计算Rjb则可获得更为精确的结果。
该模型中要求芯片上表面至隔热块下表面的距离设置为1~5mm,是为了降低整个内部空气对流传热能力以增加内部空气热阻;而隔热块要求热导率<0.1W/(m*k),且厚度约为12mm左右,目的也是为了增加隔热块本身的热阻,以达到几乎热开路的目的。
到这里,大家应该也理解为何不能去用JEDEC Rja的模型去直接提取Rjb以及Rjc的参数。
而在仿真时,环形热沉的结构可参考JESD51-8,为了在不影响仿真结果的情况下降低模型复杂度,简化网格划分难度,可将模型优化为下图结构
PCB板模型,可参考JESD51-7或ICEPAK中Rja模型的2S2P PCB板设置
整个模型的剖视图以及仿真边界可参考下图设置:
声明:本文纯属个人在工作中对JEDEC文件的一些理解,若能为您的工作中提供些许参考,本人将倍感荣幸,若内容太浅还请多多担待,我会继续努力写出有深度的文章!