硬件設計之芯片熱分析知識分享與應用

今天和大家分享一下硬件設計中的熱分析知識，其實對于一些硬件工程師來說，沒有對電路進行過熱分析，但設計的電路也能正常使用，這是因為其電路工作環境相對寬松，而且產品的苛刻程度也比較低，或者是其電路偶爾因為這些風險造成的損失可以承受。通常是一些小公司的設計，不會考慮這么嚴格。其實硬件產品設計越久，就會發現很多細節分析決定了產品的質量可靠度，尤其是在要求嚴格和大批量生產的產品中，因此越大的公司，對產品要求的就越細致。

1.熱分析的基本知識：

熱風險關系的元器件的可靠性，不僅是芯片類，就算是電阻電容的設計，都和溫度息息相關，對于所有的電子元器件，都要保證器件的實際工作結溫Tjmax溫度不超過元器件的最大結溫額定值Tj，否則器件就會不正常工作，即使現在正常，長期看也是有非常大的熱損傷風險。

2.熱分析的舉例：

下面以100引腳，結溫最高105度的芯片為例講述一下熱阻分析方法：

一般我們的產品都有工作的環境溫度，比如常見的工業級-40到85度，最高溫度以Ta=85度表示;

芯片工作電壓，這里舉例是U=3.3V;

芯片工作電流，這里假設為I=50mA;

芯片還會規定熱量對溫度的影響;如下圖芯片的規定，這里

Tja=46度為例[不同封裝的溫度影響不一樣]：

這樣就有了功率，也就是熱量：P=U*I=3.3V*50mA=0.165W;

計算實際工作的結溫TJmax：

TJmax = Ta + (Tja × U*I) ;

TJmax = 85 °C + (46 °C/W × 0.165W) = 85 °C + 7.59 °C = 92.59 °C;

然后對比實際最大結溫會否在芯片允許的結溫之內：

我們舉例的芯片結溫TJ是-40到105度，因此這顆芯片的溫度分析結果是符合熱分析，設計是合理的。

審核編輯：湯梓紅