La importancia del problema térmico se puede ver en una regla empírica simplificada que dice que cada aumento de temperatura de 10 en la C reduce el tiempo de falla en 2 veces. Es decir, si a 55 en un chip durará 10 años, a 65 aproximadamente Con solo 5 argumentos suficientes para mejorar algo la disipación de calor del chip, si no para jugar en obsolescencia programada. Esta regla está lejos de ser la verdad última, pero es cualitativamente correcta (puedes leer más, por ejemplo, aquí ).
La disposición de un disipador de calor es casi siempre un proceso general que complica el enrutamiento y, por lo tanto, debe planificarse con anticipación. Para hacer esto, debe comprender si la placa de circuito impreso en sí puede manejar el disipador de calor. Los fabricantes de chips indican en la documentación el parámetro de resistencia térmica "medio cristalino" R θJA . Parecería:
y el presupuesto está listo. Pero esto es de mala educación, muy de mala educación. La resistencia térmica depende en gran medida de la PCB. Y lo que se indica se obtuvo en un experimento en una placa de circuito impreso estandarizada (por ejemplo, como en la Figura 1), que, muy probablemente, será muy diferente a lo que se obtiene. Digamos que puede obtener una disipación de calor mucho mejor en un área más pequeña.
A lo que vale la pena prestar atención es a la resistencia térmica de matriz a placa R θJB o R θJC (abajo) . Esto es algo que ya no depende del desarrollador y viene determinado por la carrocería y su diseño interno. Pero aquí, la mayoría de las veces, la elección de un caso está determinada por la potencia de pérdida de calor, y la principal diferencia de temperatura estará en el tablero. Entonces, reescribimos la fórmula anterior para el caso de disipación de calor a través de una placa de la siguiente manera:
donde R θBA es la resistencia térmica de la placa de circuito impreso con los parámetros dados. Puede calcular esta resistencia en base a un hermoso modelo,
Todo con esta ecuación está bien (a excepción de las funciones de Bessel modificadas), y se puede resolver para una superficie con convección (eliminando el "2" en la raíz), pero solo las tablas generalmente no tienen simetría radial y no son homogéneas, pero también el calor se suministra de manera desigual a lo largo del interior. radio. Entonces necesitas adaptarte. Las dos primeras cuestiones se resuelven dividiendo en zonas anulares con propiedades homogéneas con la misma área. Para resolver este último, debe construir un modelo aproximado del circuito de resistencia térmica. La Figura 3 muestra lo que se sugirió en el artículo original. Se propone dividir el tablero en tres zonas: la zona debajo del microcircuito, la zona con polígonos en la capa externa y la zona con solo polígonos en las capas internas. Solo se tienen en cuenta los conductores que están conectados directamente al microcircuito (condicionalmente, "sonando").
Se propone promediar los polígonos superior e inferior y tomar el área de metalización promedio. Realmente no estoy de acuerdo con esto, ya que el efecto sobre la disipación de calor de estas capas es obviamente diferente, además de que pueden diferir mucho en el área (la inferior a menudo será más grande). Por lo tanto, dividí el tablero en mitades superior e inferior e hice el cálculo para cada parte por separado.
El artículo contiene muchos gráficos con la influencia de varios parámetros, es útil mirarlos. Calibré mi enfoque para dividir el tablero en estos gráficos (Figura 4); son para los paquetes QFN5X5, QFN6X6 y QFN3X3, respectivamente. Cuando el tablero es muy grande, el gráfico "cae" en el límite asociado con la resistencia térmica de las vías, pero no se especifican sus parámetros. Tomé un diámetro de 450 micrones, un espesor de pared de 20 micrones, sin relleno.
Se puede ver que los modelos están correlacionados, pero no intenté lograr el 100% de coincidencia, ya que todavía faltan todos los datos de entrada. Además, hay un momento extraño con las vías (Figura 5), su ausencia prácticamente no afecta la resistencia térmica, lo cual no es muy intuitivo.
Incluso en el gráfico inferior de la Figura 4, puede ver dos filas de datos, donde consideré el modelo de dos zonas por dos métodos: usando la multiplicación de matrices, como se describe en el artículo AND8222 / D, y usando un modelo, como en la Figura 3, solo se descarta la zona debajo del microcircuito (es no contribuye a la resistencia). Se puede observar que la gráfica del artículo va aproximadamente a la misma asíntota, como si la influencia de las vías estuviera ausente. Esto para mí se convirtió en otro factor de que algo anda mal en su modelo, teniendo en cuenta la influencia de las vías (o no entiendo algo).
La calculadora resultó ser útil al menos en el sentido de que permitió pasar de ideas cualitativas sobre la influencia de varios parámetros a estimaciones cuantitativas. Se puede concluir que la resistencia térmica de la placa se puede conducir a la región de 10 oC / W incluso con convección natural. Para la disipación, serán suficientes 2-3 W. Otra nota útil es que solo el metal conectado directamente al microcircuito juega un papel importante en el disipador de calor. Aunque, por supuesto, cuanto mayor sea la fracción de volumen de cobre en la placa, mayor será la conductividad térmica efectiva. Sobre la base de esta calculadora, puede aumentar la presencia de un disipador de calor en un microcircuito y un disipador de calor en la carcasa, también haré esto. Si hay algo interesante, lo compartiré en las próximas publicaciones.