电子设备中半导体元器件的热设计-什么是热设计？

在电子设备的设计中，一直需要解决小型化、高效化、EMC（电磁兼容性）等课题，近年来，半导体元器件的热对策已经越来越受到重视，半导体元器件的热设计已成为新的课题。由于“热”涉及到元器件和设备的性能、可靠性以及安全性，因此一直以来都是重要研究项目之一。近年来对电子设备的要求已经发生变化，因此有必要重新审视以往的方法，所以我们在Tech Web上推出了半导体元器件的“热设计”这个主题。

在“电子设备中半导体元器件的热设计”中，原则上，我们将以电子设备使用的IC和晶体管等半导体产品为前提来讨论热设计相关的话题。

什么是热设计？

半导体元器件规定了封装内部的芯片温度，即结点（接合部）温度的绝对最大额定值Tjmax。在设计时，需要对发热和环境温度进行研究，以确保产品的结温不超过Tjmax。因此，会对所有要使用的半导体元器件进行热计算，以确认是否超过了Tjmax。如果可能超过Tjmax，就要采取降低损耗或散热措施，以使Tjmax保持在最大额定值范围之内。简而言之，这就是热设计。

当然，在电子设备中不仅使用半导体产品，而且还使用电容器、电阻及电机等各种部件，并且每个部件都具有与温度和功耗有关的绝对最大额定值，因此，在实际设计时，组成设备的所有部件都不能超过温度相关的最大额定值。

在设计阶段进行良好热设计的必要性

如果在设计阶段没有认真地进行热设计并采取相应的措施，可能会在产品试制阶段甚至要投入量产时发现热引起的问题。虽然问题不仅限于热，但是越接近量产阶段，采取对策所需的时间越多，成本也越高，甚至会出现产品交货延迟，导致错失商机的大问题。最坏的情况是在市场中才出现问题，从而导致召回和信用问题。

尽管我们不愿意去想象热引发的问题，但热处理不当非常有可能引发冒烟、起火、甚至火灾等涉及人身安全的问题，所以，热设计从根本上讲是非常重要的。因此，从开始阶段就必须切实地做好热设计。

热设计越来越重要

近年来，对于电子设备来说，小型化和高性能化的要求已变得理所当然，也因此促进了进一步集成化。具体来讲表现为元器件数量更多，电路板上的安装密度更高，外壳尺寸更小。结果是导致发热密度显著增加。

首先需要认识到的是，随技术发展趋势的变化，热设计变得比以往任何时候都更加严苛。如前所述，设备不仅要求元器件日益“小型化”和“高性能化”，而且还要求出色的“设计灵活性”，因此热对策（散热措施）已经成为一个很大的课题。由于热设计有助于提高设备的可靠性、安全性并降低总成本，因而变得越来越重要。

在Tech Web的热设计主题中，预计会涉及热设计的重要性、热阻与散热、Tj的估算示例、热仿真等基础内容。

审核编辑黄宇