维普资讯 http://www.cqvip.com 集成电路与元器件卷 Ｃ ａｎｄ ＣｏｍＰｏｎｅｎｔ 热已经成为一 ００４６－０３ ｈａｖｅ ｂｅｃａｍｅ ａ ＣＬＣ Ｉｌｔｌｇｌｍｂｏｒ＝ＴＮ３０６ Ａｒｔｉｃｌｅ ＩＤ：１００３·０１０７（２００４）１１－００４６－０３ 引言 随着电子产品的发热量越来越大， 应保留足够的放置改善方案的空间。 例如：ＩＣｓ的周围不要有比其高的 低风阻和噪音。 Ｌ．风扇的入风孔形状和大小，以 对于散热就有了更大的挑战。我们也 零件，以利于将来放置金属散热片来 及舌部和渐开线之设计，应特别留意。 从不需要散热解决方案，到需要被动 散热。 散热解决方案，直至到现在的主动散 风扇入风孔外应保留３～５ｍｍ之内皆无 ｃ．发热量大的元件（如ＣＰＵ）和散 阻碍。 热解决方案。但是就便如此我们在使 热模组，应尽量靠近ＰＣＢ的边缘，以降 用主动散热的时候还是存在着很多的 低热阻。 困难，所以的这些都需要我们对热设 二．热设计解决措施 散热的解决方案： Ａ、被动散热 Ｄ．散热模组和Ｃ Ｐ Ｕ之间的介质 ｌ、热设计基本知识 计进行更深入的研究，从而解决我们 （ＴＩＭ：ｔｈｅｒｍａｌ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｍａｔｅｒｉａ１） 在产品设计中面临的应用问题。下面 对模组效率有很大的影响，应选择热 就和大家一起讨论热设计。 阻低的材料，甚至采用相变材料。 如果使用被动散热，那么散热片 舂夏秋冬，我们生活的这个世界 Ｅ．散热模组和散热元件的接触压 应该足够大以利于散热。散热片的温差应该尽可能小，否 就是一个温度交替变化的世界，根据 力，在规格容许之下应尽可能大，并确 环境温度的不同，我们需要改变我们 认两接触面接合完整，平整和均匀。 则对散热性能有很大影响 Ｂ、主动散热 空气的进气道和出气道一定要明 的衣服来保持体温在某个范围。但是 Ｆ．散热模组中的本体部分不宜过 电子产品则不通，他们只能被动适应 小，并尽量加大和热管接触的面积，以 环境温度。但是电子产品又必须能够 利发热芯片的热可以传导至散热模组。 确定义，如果必要可以用物体来进行 适应某个温度范围，为此我们就需要 Ｇ．散热模组中作为热交换的鳍片， 隔离。空气所通过散热部位的长度要尽 来为一些温度过高的芯片或者温度过 往和风流动垂直的方向加大，比往平 高的表面来散热。 行的方向上加大有效。 量短，以保证空气的气压和流速不会 Ｈ．Ｈ／Ｐ在压扁和弯曲的使用上， 降低太多。热设计的一般准则 热设计的一般准则有如下一些： 有其应留意。 Ｉ．整体之流道设计，应避免产生 尽量降低风扇的噪音。 设计时必须能够导出部分从散热 器通过的热空气。 ｃ、综合散热 Ａ．在布局设计时，各个元件之间 回流之现象，以减低风阻和噪音。 和元件与芯片之间，应尽可能保留空 间以利于通风和散热。 Ｊ．模组的出口和系统的出风口之 间的空隙，应制作封闭的流道，以免热 散热器进行热交换 散热设计的主要因素： 散热器、热管、风扇、散热界面材 温度规格低的元件勿靠近温度规 风倒流回系统中。 格高的元件。 Ｋ．散热通风设计大的开孔率，以 Ｂ．预估有散热问题的ＩＣｓ和元件， 大的长条孔替代小圆孔或 目，以降 料、各组件间的组合 雹号质｛ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＱＵＡＬＩＴＹ ２００４薰１２期 维普资讯 http://www.cqvip.com 集成电路与元器件卷 Ｃ ａＩ１ｄ Ｃ０ ＂ｒｒｌＰ０Ｉ＂１ｅＩ＂１ｔ …······●●●●●●●● 静 的热应力有直接影响。环境温度较高 时，情况会恶化，因此设计时必须考虑 到元器件最终使用时的环境温度，实 ２、风扇的选择： 风扇的结构： 转子：由磁铁、扇叶及轴组成 践证明温度会加速大多数半导体器件 产生故障，大多数故障产生机制都与 ＣＩ Ｍ（ｆｔ：ｌ／ｍｉ ｎ） 定子：有硅钢片、线圈及轴承组成 控制电路：由ＩＣ感应磁铁Ｎ．Ｓ．极 经由电路控制其线圈导通而产生内部 温度有关，例如温度上升１０度则寿命 １、风扇入风的距离：３～５ｍｍ的距 会减少一半，鉴于此我们设计时需特 离是必须的 ３ｍｍ——风扇的效能为８０％ ４ｍｍ——风扇的效能为９０％ ５ｍｍ——风扇的效能为１００％ 激磁使转子旋转。 原理： 别注意器件最后实际工作温度。某些 器件过热的共同原因是ＥＯＳ和ＥＳＤ。过 热必然导致器件的损坏，如烧焦、熔 化、塑料封装物的碳化等，为了避免这 类型：轴流风扇、直流风扇 选择： 总体散热需求 Ｑ＝Ｃｐ ｍ Ａ Ｔ＝Ｄ Ｃｐ ＣＦＭ △Ｔ ２、不同的进风口和出风口会引起 种损坏，器件必须在ＳＯ 内工作，并在 气流阻力的很大变化，当然出入口的 设计上保证有足够的防止ＥＳＤ、Ｅ．￣ＩＩ和 开口越大越好。 系统总体阻力和系统特性曲线 系统的工作点 并联风扇和串联风扇： 过热的保护措施。 在产品开发周期的初始设计阶段 ３、不要在风扇的进风口附近放置 阻隔物体（例如芯片和接口等），否则 就应重视热量问题，此时控制热量的 成本最低。元器件的选择应能满足应 并联风扇：并联的双风扇风压不 会减少风扇的空气流量。 变，但是风量会上升。风量加大故散热 ４、最好使用橡胶来固定风扇，而 用要求和工作温度条件：采用筛选测试 结果在耐热方面具有良好特性的元器 件；对元器件参数进行足够的减载运 效果增加，在设计中如果出现散热功 不是金属螺丝，这样可以避免振动。 率太小则可以考虑增加风扇来解决。 串联风扇：串联风扇的结果是风压 ５、风扇的空间设计 为了风扇的效率、噪音，必须保证 行；使得元器件不会在技术参数的极限 值附近被损坏；确保用户即使在最差的 增加，但是风量不变。次方式是不能解 扇叶和风扇外壳的距离为５～１Ｏｍｍ。 决散热问题，一般是用在近风的阻力 ｗ的距离在可能的情况下越大越 环境条件下，器件的结温也不会超出 好，以保证足够的效率。 极限值；必要时提供足够的散热装置以 太大是采用，保证风量。 噪音等级 风扇的扇叶必须靠近Ｔｏｎｇｕｅ以获 保持器件温度较低，并应在散热装置 为了获得低噪音必须注意以下几 得比较好的效率。 点： 和发热器件周围保持通风：在必须连续 工作的大功率设备中采用强制风冷：将 系统阻抗：空气流动阻力会引起空 气的流动噪音产生。 气流的紊流：由于流道的设计不良 造成空气的紊流会有高频噪音出现， 半导体器件的结温在１２ｊ℃左右： 热量设计的目的是以最小的代价获取 最佳的制冷效果。 通常采用如下几种方法避免过热 问题： 如果流道不改善很难有质的提高。 风扇的转速和尺寸：风扇的转速越 １．热敏感元器件（如半导体器件 等）远离热源（大功率电阻、大功率晶 快散热效果越好，风扇的尺寸越大风 三．热设计 量越大，散热效果越好。风扇的转速越 高噪音越大，尺寸越大噪音越大。 制作电子电路时，热量是影响所 体管等）。 有类型元器件的一个重要因素。为了 ２．保证良好的通风散热，如安装性 温度的上升：温度上升后温差降 避免过热引起的元器件损坏，必须对 能良好的散热片，设置通风孔，必要时 低，则散热效果降低。 热量设计多加注意。商用半导体器件 采用强制风冷，确保器件在其ＳＯＡ范围 振动：振动会造成风扇的噪音上 的结温极限约为１５０。Ｃ。工作期间结温 内工作，器件结温在极限范围之内等。 升，寿命降低以及转速降低。 越低，器件的可靠性就越高。可以通过 ３．对器件热性能指标减载运行， 电压波动：电压波动会造成风扇转 使用散热片、热管和散热风扇并在外 通常８Ｏ％的减载对降低结温和减少功 速变化，使工作不稳定并且会产生额 壳上提供通风孔来保持器件工作在较 耗较好。 外的噪音。 低的结温。同样的方法也适用于电容、 ４．用软件对设计的电路板进行热 设计考虑：设计上的其它一些要求 变压器、线圈、电阻、继电器和其它元 量仿真等。 同样也必须考虑进去，以保证散热效果。 器件。 风扇： ２００４第１２期 设备工作时的环境温度对元器件 四．实际范例： ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳＱＵＡＬＩＴＹ圣号压量 维普资讯 http://www.cqvip.com ■ ＿旨｜ ：＿舀 ｊｌ 叠 ■■ 集成电路 ｊ元器件卷 Ｃ ａｎｄ Ｃ０ ｒｎ Ｐ０ｎｅｎｔ 蚕 ＝ 蚕 下面来以一实际设计中模组在进行初期设计计算。一个散热芯片的发 经过计 温度差必须： 基 阻为１热最大值为２５Ｗ，芯片上方的散热片热 面Ｉ临散不出 ０℃／ｗ，芯片的核心极限温度为 考虑风扇的 将 点 方口 差 １Ｏｊ℃，热管的热阻为０．１４℃／ｗ，散热 大风量来尽： 堇 气与出气的温度差为应该为多少合五、热设 歧片的热阻为１．１℃／ｗ。确定空气的进 翟 适？ 对于热 工 高温不脱离和温度测量数据的准确 工 性。）；线材注意不能折，否则会影响测 羹 Ｐ由以＝２５上可知：Ｗ￣Ｃ 至 Ｔｊ＝１０５℃ ０ ｐｉｐｅ＝Ｏ．１４ 作中作温度都在来实际 一般都 片和元器件ｊ 试精度； 结束语 ０ ｐａｄ：１．０ 温度，也就是 庵： 鲁７ 存河ｌ 个成熟的热设计可以为我们带 向ｆ ｎ＝１ １Ｔｓｙｓ＝？ 来一个可靠的产品，同时也为我们的 量大的芯片和元器件，另外对于芯片的 使用创造舒适性。希望本文可以给大 ０ ｊ＝（Ｔｄ一３５－Ｔｓｙｓ）／Ｐ Ｔｓｙｓ＝Ｐ ０＋３５一Ｔｊ ０＝０ ｐｉｐｅ＋０ ｐａｄ＋１．１ ０ ｆｉｎ 最高温度点同样要求提供（最高温度点 家的设计提供一些建议。◆ 可以用红外线热成相仪来确定，如下图 所示为一红外线热成相图）。 参考文献 ［１］． 《传热学》美Ｊ．Ｐ．霍尔曼 ［２］． 《温度测量》英Ｔ．Ｊ．奎恩 ＝０．１４＋１．０＋＝２．２４ Ｔｓｙｓ＝１０５—２５ ：】４ 温度测量使用热偶线，线长一般 是选２米左右，把线头的连接点放置于 ２．２４—３５ 所要测量点的位置，并用胶带固定（胶 芯作温热 带必须是耐高温且高黏性的，以确保 ■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■ ６９页 始值为０（ＭＣＳ） ＰＦＤＡＴＤＩ Ｒ＝（ ＰＦＤＡＴＤＩ Ｒ ｌ Ｏｘ３０００） ＆ＯｘＯＢＦＣＦ； ／Ｉ ＯＰＣＯ——ＣＳ：１ ＥＥｔｅｍｐｌ＝（ＥＥｔｅｍｐ＆Ｏｘ８ＯＯＯ）＞＞１０； ｆ ｆ写愈令荨 ｆｏｒ（ｉ＝Ｏ；ｉ＜：２；ｉ＋＋） ／／取第２位 ＰＦＤＡＴＤＩＲ＝（ ＰＦＤＡＴＤＩＲ＆ＯｘＯＦＦＤＦ） ／／ＩＯＰＦ４一ＩＯＰＦ５为输出口且为０， ＩＯＦ１为输入口 ＷＳＧＲ＝ＯＸＯＦＦＦＦ； ｛ ｌ ＥＥｔｅｍｐｌ； ＥＥｔｅｍｐｌ＝（ＥＥｔｅｍｐ＆Ｏ００４）＜＜３；／／ 取第２位 ／／把第二位输入Ｉ ＯＰＥ２一ＤＩ ＰＦＤＡＴＤＩＲ＝ ＰＦＤＡＴＤＩＲ ｌＯｘＯ０１０；／／ ［＝＝＝＝ｌ—■■■ ｒ ｒ ｝ ／／写命令及地址程序 ＶＯｉｄ Ｗｒｊ ｔｅＰＦＤＡＴＤＩＲ＝（ ＰＦＤＡＴＤＩＲ＆ＯｘＯＦＦＤＦ） ＩＯＰＦ４——ＳＫ＝１ ｌ ＥＥｔｅｍｐｌ； ／／把第二位输入Ｉ ＯＰＥ２一ＤＩ ａｓｍ（” ｒｐｔ薛ＯａＨ”）； ａｓｍ（” ｎｏｐ”）； ＰＦＤＡＴＤＩＲ＝ ＰＦＤＡＴＤＩＲ＆ＯｘＯＦＦＥＦ；／ ／Ｉ ＯＰＦ４——ＳＫ＝Ｏ ＥＥｔｅｍｐ＝ＥＥｔｅｍｐ＜＜１； ｆｕｎ（ＥＥｔｅｍｐ） ｕｎｓｉｇｎｅｄ ｉｎｔ ＥＥｔｅｍｐ；／／．Ｏ－． ２对应命令码的０－２ ＰＦＤＡＴＤＩＲ＝ ＰＦＤＡＴＤＩＲ ｌＯｘＯＯ１０；／／ Ｉ ＯＰＦ４——ＳＫ＝１ ／／．６－．１ １对应地址码的ＡＯ—Ａ５ ｛ ｉｎｔ ｉ，ＥＥｔｅｍｐ１； ａｓｍ（” ｒｐｔ＃ＯａＨ”）； ａｓｍ（” ｎｏｐ”）： ＰＦＤＡＴＤＩＲ： ＰＦＤＡＴＤＩＲ＆ＯｘＯＦＦＥＦ；／ ｝ ｝ ＯＰＦ４——ＳＫ＝Ｏ ＰＣＤＡＴＤＩＲ＝ ＰＣＤＡＴＤＩＲ＆ＯＸＯＦＦＦＥ：／ ／Ｉ ／ＩＯＰｃＯ——ｃｓ＝Ｏ ｉｆ（ｉ＜２）ＥＥｔｅｍｐ＝ＥＥｔｅｍｐ＜＜１； ４．结论 ＡＴ９３Ｃ４６体积小，价格低，功耗特 别低，与ＤＳＰ的接线简单，程序的编写 也不难。通过了实际应用，效果较好。 ◆ ＰＦＤＡＴＤＩＲ＝ ＰＦＤＡＴＤＩＲ＆ＯＸＯＦＦＥＦ：／ ／Ｉ ＯＰＦ４——Ｓｋ＝Ｏ ｝ ＥＥｔｅｍｐ＝ＥＥｔｅｍｐ＜＜２； ａｓｍ（” ｎｏｐ”）； ｆｏｒ（ｉ：Ｏ；ｉ＜＝５；ｉ＋＋） ｛ ＰＣＤＡＴＤ１Ｒ＝ ＰＣＤＡＴＤＩＲ ｌＯｘＯ００１：／ 号质｛ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＱＵＡＬＩＴＹ ２００４肇１２期
