硬件设计之芯片热分析知识分享与应用

今天和大家分享一下硬件设计中的热分析知识，其实对于一些硬件工程师来说，没有对电路进行过热分析，但设计的电路也能正常使用，这是因为其电路工作环境相对宽松，而且产品的苛刻程度也比较低，或者是其电路偶尔因为这些风险造成的损失可以承受。通常是一些小公司的设计，不会考虑这么严格。其实硬件产品设计越久，就会发现很多细节分析决定了产品的质量可靠度，尤其是在要求严格和大批量生产的产品中，因此越大的公司，对产品要求的就越细致。

1.热分析的基本知识：

热风险关系的元器件的可靠性，不仅是芯片类，就算是电阻电容的设计，都和温度息息相关，对于所有的电子元器件，都要保证器件的实际工作结温Tjmax温度不超过元器件的最大结温额定值Tj，否则器件就会不正常工作，即使现在正常，长期看也是有非常大的热损伤风险。

2.热分析的举例：

下面以100引脚，结温最高105度的芯片为例讲述一下热阻分析方法：

一般我们的产品都有工作的环境温度，比如常见的工业级-40到85度，最高温度以Ta=85度表示;

芯片工作电压，这里举例是U=3.3V;

芯片工作电流，这里假设为I=50mA;

芯片还会规定热量对温度的影响;如下图芯片的规定，这里

Tja=46度为例[不同封装的温度影响不一样]：

 

 

这样就有了功率，也就是热量：P=U*I=3.3V*50mA=0.165W;

计算实际工作的结温TJmax：

TJmax = Ta + (Tja × U*I) ;

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

然后对比实际最大结温会否在芯片允许的结温之内：

我们举例的芯片结温TJ是-40到105度，因此这颗芯片的温度分析结果是符合热分析，设计是合理的。

审核编辑：汤梓红