電源設計技術資訊網站

電源設計支援工具   English   简体中文   日本語   한국어

2020.12.23 熱設計

什麼是熱設計?

電子裝置中半導體元件的熱設計

在電子裝置的設計中,一直需要解決小型化、高效化、EMC(電磁相容性)等課題,近年來,半導體元件的熱對策已經越來越受到重視,半導體元件的熱設計已成為新的課題。由於“熱”涉及到元件和裝置的性能、可靠性以及安全性,因此一直以來都是重要研究項目之一。近年來對電子裝置的要求已經發生變化,因此有必要重新審視傳統的方法,所以我們在Tech Web上推出了半導體元件的“熱設計”這個主題。

在“電子裝置中半導體元件的熱設計”中,原則上,我們將以電子裝置使用的IC和電晶體等半導體產品為前提來討論熱設計相關的話題。

什麼是熱設計?

半導體元件規定了封裝內部的晶片溫度,即結點(接合部)溫度的絕對最大額定值Tjmax。在設計時,需要對發熱和環境溫度進行研究,以確保產品的接合面溫度不超過Tjmax。因此,會對所有要使用的半導體元件進行熱計算,以確認是否超過了Tjmax。如果可能超過Tjmax,就要採取降低損耗或散熱措施,以使Tjmax保持在最大額定值範圍之內。簡而言之,這就是熱設計。

當然,在電子裝置中不僅使用半導體產品,而且還使用電容、電阻及馬達等各種零件,並且每個零件都具有與溫度和功耗有關的絕對最大額定值,因此,在實際設計時,組成裝置的所有零件都不能超過溫度相關的最大額定值。

在設計階段進行良好熱設計的必要性

如果在設計階段沒有認真地進行熱設計並採取相應的措施,可能會在產品試製階段甚至要投入量產時發現熱引起的問題。雖然問題不僅限於熱,但是越接近量產階段,採取對策所需的時間越多,成本也越高,甚至會出現產品交貨延遲,導致錯失商機的大問題。最壞的情況是在市場中才出現問題,從而導致召回和信用問題。

儘管我們不願意去想像熱引發的問題,但熱處理不當非常有可能引發冒煙、起火、甚至火災等涉及人身安全的問題,所以,熱設計從根本上講是非常重要的。因此,從開始階段就必須切實地做好熱設計。

熱設計越來越重要

近年來,對於電子裝置來說,小型化和高性能化的要求已變得理所當然,因此也更促成了應用裝置的高密度化。具體來說就是元件數量會更多,電路板上的安裝密度會更高,應用框體尺寸會更小。結果就是導致發熱密度顯著增加。

首先需要認識的是隨著技術發展趨勢的變化,熱設計的要求變得比過去更加嚴苛。如前所述,裝置不僅要求元件日益“小型化”和“高性能化”,而且還要求出色的“設計靈活性”,因此熱對策(散熱措施)已經成為一個很大的課題。由於熱設計有助提高裝置的可靠性、安全性並降低成本,因而變得越來越重要。

在Tech Web的熱設計相關主題中,預計會提到熱設計的重要性、熱阻與散熱、Tj的估算範例、熱類比等基礎內容。

重點:

・簡言之,半導體元件的熱設計是要將半導體元件的Tjmax保持在最大額定值之內。

・如果在設計階段沒有認真執行熱設計規劃,那麼可能會在試製階段或投入量產之前出現問題。

・越接近量產,對策所需時間就越多、成本也會更高,甚至會出現產品交貨延遲,導致錯失商機的重大問題。

・最壞的情況是投放到市場後才出現問題,進而導致產品回收和公司信用問題,因此熱設計從根本上來說是非常重要的。

電源供應器晶片的技術資料 免費 下載