電子設備中半導體元器件的熱設計-什么是熱設計？

在電子設備的設計中，一直需要解決小型化、高效化、EMC（電磁兼容性）等課題，近年來，半導體元器件的熱對策已經(jīng)越來越受到重視，半導體元器件的熱設計已成為新的課題。由于“熱”涉及到元器件和設備的性能、可靠性以及安全性，因此一直以來都是重要研究項目之一。近年來對電子設備的要求已經(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上推出了半導體元器件的“熱設計”這個主題。

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

什么是熱設計？

半導體元器件規(guī)定了封裝內(nèi)部的芯片溫度，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(fā)熱和環(huán)境溫度進行研究，以確保產(chǎn)品的結溫不超過Tjmax。因此，會對所有要使用的半導體元器件進行熱計算，以確認是否超過了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，這就是熱設計。

當然，在電子設備中不僅使用半導體產(chǎn)品，而且還使用電容器、電阻及電機等各種部件，并且每個部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，組成設備的所有部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并采取相應的措施，可能會在產(chǎn)品試制階段甚至要投入量產(chǎn)時發(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，采取對策所需的時間越多，成本也越高，甚至會出現(xiàn)產(chǎn)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(xiàn)問題，從而導致召回和信用問題。

盡管我們不愿意去想象熱引發(fā)的問題，但熱處理不當非常有可能引發(fā)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，對于電子設備來說，小型化和高性能化的要求已變得理所當然，也因此促進了進一步集成化。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。結果是導致發(fā)熱密度顯著增加。

首先需要認識到的是，隨技術發(fā)展趨勢的變化，熱設計變得比以往任何時候都更加嚴苛。如前所述，設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“設計靈活性”，因此熱對策（散熱措施）已經(jīng)成為一個很大的課題。由于熱設計有助于提高設備的可靠性、安全性并降低總成本，因而變得越來越重要。

在Tech Web的熱設計主題中，預計會涉及熱設計的重要性、熱阻與散熱、Tj的估算示例、熱仿真等基礎內(nèi)容。

審核編輯黃宇