基于RC热阻SPICE模型的GaNPX®和PDFN封装的热特性建模

• GaN Systems提供RC热阻模型，使客户能够使用SPICE进行详细的热模拟。
• 模型基于有限元分析（FEA）热模拟创建，并已由GaN Systems验证。
• 选择了考尔（Cauer）模型，使客户能够通过添加界面材料和散热片将其热模型扩展到其系统中。
  

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基于RC热阻SPICE模型的GaNPX®和PDFN封装的热特性建模总结

一、概述

• ‌目的‌：提供RC热阻模型，使客户能够使用SPICE进行详细的热仿真。
• ‌模型基础‌：基于有限元分析(FEA)热仿真创建，并经GaN Systems验证。
• ‌模型选择‌：采用考尔(Cauer)模型，允许客户通过添加界面材料和散热片来扩展热模型至其系统。
• ‌获取途径‌：GaN Systems器件的RC热阻模型可在数据表中获取。

二、RC网络定义

• ‌ 热阻(Rθ) ‌和‌ 热容(Cθ) ‌的计算公式：
  • Rθ = L / (k·A) 或 Rθ = ∆T / P
  • Cθ = CP·ρ·L·A
  • 其中，L为层厚度，k为热导率，A为层面积，A_active为器件有效面积，T为温度，CP为压力比热容，ρ为密度。
• ‌类比‌：电气参数（电压、电流、电阻、电容）与热参数（温度、热阻、热容）之间的类比。

三、GaNPX®和PDFN封装的RC模型结构

• ‌GaNPX®封装‌：由4层材料构成，包括GaN层、Si层、附着层和Cu基层。各层热阻和热容根据公式计算得出。
• ‌PDFN封装‌：热阻网络同样由多层构成，重点优化焊盘与PCB之间的界面热阻。
• ‌模型应用‌：考尔模型反映了设备的真实物理结构，允许添加额外的Rθ和Cθ来模拟热界面材料(TIM)或散热片。

四、如何在SPICE仿真中使用RC模型

• ‌SPICE网表示例‌：
  textCopy Code
  Rth_1 T11 TJ {0.011} Cth_1 0 TJ {4.25e-5} Rth_2 T22 T11 {0.231} Cth_2 0 T11 {2.96e-3} ...
• ‌连接‌：将TC连接到等于外壳温度的电压源，读取V(TJ)以测量结温。

五、SPICE仿真示例

• ‌验证功能‌：使用简单的升压转换器电路验证RC热模型的功能。
• ‌波形展示‌：瞬态热仿真显示结温和外壳温度的时间常数。
• ‌开关瞬态‌：展示在开通和关断期间，VDS、ID、TJ和外壳温度的变化。

六、结论

• 通过FEA瞬态热仿真和SPICE仿真之间的比较，验证了RC热阻模型的有效性。
• 提供了详细的热特性建模方法，有助于优化GaNPX®和PDFN封装的热设计。

此总结涵盖了基于RC热阻SPICE模型的GaNPX®和PDFN封装的热特性建模的关键信息，旨在为读者提供一个清晰、有条理的框架，以理解和应用该文件中的知识。