在電子設(shè)備的設(shè)計(jì)中，一直需要解決小型化、高效化、EMC（電磁兼容性）等課題，近年來，半導(dǎo)體元器件的熱對策已經(jīng)越來越受到重視，半導(dǎo)體元器件的熱設(shè)計(jì)已成為新的課題。由于“熱”涉及到元器件和設(shè)備的性能、可靠性以及安全性，因此一直以來都是重要研究項(xiàng)目之一。近年來對電子設(shè)備的要求已經(jīng)發(fā)生變化，因此有必要重新審視以往的方法，所以我們在Tech Web上推出了半導(dǎo)體元器件的“熱設(shè)計(jì)”這個(gè)主題。

在“電子設(shè)備中半導(dǎo)體元器件的熱設(shè)計(jì)”中，原則上，我們將以電子設(shè)備使用的IC和晶體管等半導(dǎo)體產(chǎn)品為前提來討論熱設(shè)計(jì)相關(guān)的話題。

什么是熱設(shè)計(jì)？

半導(dǎo)體元器件規(guī)定了封裝內(nèi)部的芯片溫度，即結(jié)點(diǎn)（接合部）溫度的絕對最大額定值Tjmax。在設(shè)計(jì)時(shí)，需要對發(fā)熱和環(huán)境溫度進(jìn)行研究，以確保產(chǎn)品的結(jié)溫不超過Tjmax。因此，會對所有要使用的半導(dǎo)體元器件進(jìn)行熱計(jì)算，以確認(rèn)是否超過了Tjmax。如果可能超過Tjmax，就要采取降低損耗或散熱措施，以使Tjmax保持在最大額定值范圍之內(nèi)。簡而言之，這就是熱設(shè)計(jì)。

當(dāng)然，在電子設(shè)備中不僅使用半導(dǎo)體產(chǎn)品，而且還使用電容器、電阻及電機(jī)等各種部件，并且每個(gè)部件都具有與溫度和功耗有關(guān)的絕對最大額定值，因此，在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，組成設(shè)備的所有部件都不能超過溫度相關(guān)的最大額定值。

在設(shè)計(jì)階段進(jìn)行良好熱設(shè)計(jì)的必要性

如果在設(shè)計(jì)階段沒有認(rèn)真地進(jìn)行熱設(shè)計(jì)并采取相應(yīng)的措施，可能會在產(chǎn)品試制階段甚至要投入量產(chǎn)時(shí)發(fā)現(xiàn)熱引起的問題。雖然問題不僅限于熱，但是越接近量產(chǎn)階段，采取對策所需的時(shí)間越多，成本也越高，甚至?xí)霈F(xiàn)產(chǎn)品交貨延遲，導(dǎo)致錯失商機(jī)的大問題。最壞的情況是在市場中才出現(xiàn)問題，從而導(dǎo)致召回和信用問題。

盡管我們不愿意去想象熱引發(fā)的問題，但熱處理不當(dāng)非常有可能引發(fā)冒煙、起火、甚至火災(zāi)等涉及人身安全的問題，所以，熱設(shè)計(jì)從根本上講是非常重要的。因此，從開始階段就必須切實(shí)地做好熱設(shè)計(jì)。

熱設(shè)計(jì)越來越重要

近年來，對于電子設(shè)備來說，小型化和高性能化的要求已變得理所當(dāng)然，也因此促進(jìn)了進(jìn)一步集成化。具體來講表現(xiàn)為元器件數(shù)量更多，電路板上的安裝密度更高，外殼尺寸更小。結(jié)果是導(dǎo)致發(fā)熱密度顯著增加。

首先需要認(rèn)識到的是，隨技術(shù)發(fā)展趨勢的變化，熱設(shè)計(jì)變得比以往任何時(shí)候都更加嚴(yán)苛。如前所述，設(shè)備不僅要求元器件日益“小型化”和“高性能化”，而且還要求出色的“設(shè)計(jì)靈活性”，因此熱對策（散熱措施）已經(jīng)成為一個(gè)很大的課題。由于熱設(shè)計(jì)有助于提高設(shè)備的可靠性、安全性并降低總成本，因而變得越來越重要。

在Tech Web的熱設(shè)計(jì)主題中，預(yù)計(jì)會涉及熱設(shè)計(jì)的重要性、熱阻與散熱、Tj的估算示例、熱仿真等基礎(chǔ)內(nèi)容。

審核編輯黃宇