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            EEPW首頁(yè) > 模擬技術(shù) > 設(shè)計(jì)應(yīng)用 > MAX2116和MAX2118的散熱設(shè)計(jì)

            MAX2116和MAX2118的散熱設(shè)計(jì)

            作者: 時(shí)間:2011-04-21 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
            本篇應(yīng)用筆記介紹了應(yīng)用于MAX2116和MAX2118直接變頻調(diào)諧器的熱分析。這兩款芯片最大的環(huán)境溫度為105°C。從管殼到周圍環(huán)境的熱電阻為66.3°C/W。環(huán)境溫度25°C時(shí)結(jié)溫度的典型值為56.2°C。

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            介紹

            MAX2116/MAX2118采用40引腳的QFN熱增強(qiáng)封裝。裸露焊盤使得該封裝成為非常有效的熱導(dǎo)體,從而簡(jiǎn)化了散熱設(shè)計(jì)。

            大部分熱量經(jīng)過(guò)芯片的裸露焊盤擴(kuò)散,封裝的引腳及其頂部散熱很少。連接裸露焊盤到PCB的鍍銅則提供一條散熱路徑。鍍銅表面積越大散熱效果越好。

            加快散熱的最有效方法是使用裸露焊盤下的PCB最上面的鍍銅層。由于布線的限制,這通常很難做到。第二種最佳方法是使裸露焊盤下的過(guò)孔連接到象地平面那樣的實(shí)心鍍銅層。MAX2116評(píng)估板就是這樣一個(gè)使用雙層板完成上述散熱設(shè)計(jì)的好范例。

            關(guān)于散熱問(wèn)題背景的應(yīng)用筆記是"Thermal Considerations of QFN and Other Exposed-Paddle Packages."

            定義

            Θja = 從結(jié)到周圍環(huán)境的熱電阻,單位為°C/瓦。Θja是測(cè)量從芯片到周圍空氣的熱傳導(dǎo)電阻。 Θja包括通過(guò)頂層、底層、裸露焊盤、引腳以及與集成電路(IC)的引腳和裸露焊盤連接的任何銅皮的熱傳導(dǎo)路徑。
            Θjc = 從結(jié)到管殼的熱電阻,單位為°C/瓦。 Θjc包括從芯片到QFN封裝的裸露焊盤的熱傳導(dǎo)電阻。
            Θca = 從管殼到周圍環(huán)境的熱電阻,單位為°C/瓦。 Θca包括從裸露焊盤到空氣的熱傳導(dǎo)電阻。 Θca測(cè)量通過(guò)印刷電路板(PCB)上鍍銅的熱流量。在普通的管殼里, Θca是通過(guò)散熱器的熱傳導(dǎo)電阻。

            Tj = 結(jié)溫度,單位為°C。
            Tc = 管殼溫度,單位為°C。管殼溫度值是根據(jù)QFN封裝底部的裸露焊盤中央的溫度值測(cè)量得到的。
            Ta = 環(huán)境溫度,單位為°C,即芯片周圍的空氣溫度。

            Tja = Tj - Ta = 從結(jié)到環(huán)境的溫度差,單位°C。
            Tjc = Tj - Tc = 從結(jié)到管殼的溫度差,單位為°C。
            Tca = Tc - Ta = 從管殼到環(huán)境的溫度差。

            Pd = 芯片的功耗。

            MAX2116和MAX2118的散熱設(shè)計(jì)
            圖1. 簡(jiǎn)單的熱模型

            功耗可以用一個(gè)電流源作為模型,熱電阻以一個(gè)電阻為模型,而溫度則以電壓源為模型(見(jiàn)圖1)。根據(jù)圖1:

            Θja = (Tj - Ta)/Pd等式1
            Θja是熱電阻的測(cè)量值,單位為°C/W。 Θja值越小越好。從圖1與等式2可以看到,對(duì)于給定的功耗值Pd, Θja值越小溫度差Tja就越小。設(shè)計(jì)者可在固定的環(huán)境溫度下通過(guò)減少溫度差來(lái)保持低的結(jié)溫度(等式3)。
            Tja = Θja ×Pd等式2
            Tj = Ta + Θja × Pd等式3
            MAX2116和MAX2118的散熱設(shè)計(jì)
            圖2. 詳細(xì)的熱模型

            Θja為Θjc與Θca之和(見(jiàn)圖2和等式4)。對(duì)于40引腳QFN封裝的MAX2116/MAX2118, Θjc被設(shè)置為2°C/W。設(shè)計(jì)者不能控制這個(gè)參數(shù),但可以控制Θca的值
            Θja = Θjc + Θca等式4

            已知

            Θjc = 2°C/W,對(duì)于40引腳QFN封裝的MAX2116/MAX2118。
            Θja = 42.9°C/W,對(duì)于以JDEC標(biāo)準(zhǔn)4制造的單層電路板,1盎司鍍銅,9個(gè)位于裸露焊盤下的過(guò)孔。
            Θja = 30°C/W,對(duì)于以JDEC標(biāo)準(zhǔn)制造的多層1S2P板(單個(gè)信號(hào)層,兩個(gè)電源平面),2盎司銅皮,9個(gè)位于裸露焊盤下的過(guò)孔。
            Tjmax = 150°C
            Pdmax = 1391mW, 5.25V, 265mA
            Pdnom = 975mW , 5.0V, 195mA

            從上面可以看到有兩個(gè)Θja的值。兩個(gè)PCB根據(jù)JDEC標(biāo)準(zhǔn)制造和測(cè)量。單層板表現(xiàn)出非常保守的熱電阻。在實(shí)際中很容易得到接近Θja = 30°C/W的多層板熱電阻值。注意JDEC多層板使用2盎司銅皮和9個(gè)位于裸露焊盤下的過(guò)孔。典型的兩層板使用1盎司銅皮,可能會(huì)得到稍微高于30°C/W的熱電阻。

            MAX2116和MAX2118的散熱設(shè)計(jì)
            圖3. MAX2116連續(xù)的功耗額定參量曲線

            設(shè)計(jì)

            下面是一些通用的設(shè)計(jì)指導(dǎo)用于確定需要的散熱器。
            1. 確定芯片工作時(shí)可能遇到的最大環(huán)境溫度值(Ta)。假設(shè)在發(fā)熱的電視上方最大的室溫值是49°C,并且伴隨有電路散發(fā)的6°C熱量。這樣可以設(shè)置最大的環(huán)境溫度值為55°C。
            2. 確定最大的結(jié)溫度。對(duì)于MAX2116和MAX2118來(lái)說(shuō)Tjmax = 150°C。
            3. 確定芯片最大的功耗。根據(jù)MAX2116/MAX2118數(shù)據(jù)手冊(cè)最大的電流是265mA,最大的供電電壓為5.25V。Pdmax = 265mA。 5.25V = 1391mW。
            4. 計(jì)算從結(jié)到環(huán)境的總共的熱電阻值(等式1)。 Θja = (Tj-Ta) / Pd = 95°C / 1.391W = 68.3°C/W。所以需要具有復(fù)合熱電阻為68.3°C/W的MAX2116/8與PCB。
            5. Θca = Θja


            評(píng)論


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