表面贴装的散热面积估算和注意事项

电子设备中半导体元器件的热设计

本文的关键要点

・如果将会发热的IC安装得过于密集，就会发生热干扰并导致温度升高。

・根据所容许的最大T_J求得所需的θ_JA，并估算其所需的散热面积。

到目前为止，我们已经介绍过使用热阻和热特性参数来估算T_J的方法。本文将介绍在表面贴装应用中，如何估算散热面积以确保符合T_{J max}，以及与热相关的元器件布局注意事项。

元器件配置与热干扰

随着近年来对小型化的需求日益高涨，对电路板也提出了要尽可能小的要求，使元器件的安装密度趋于增高。但是，对于发热的元器件来说（在这里是指IC），需要将电路板当作散热器，因此也就需要一定的面积来散热。如果不能确保相应的面积，就会导致热阻升高，发热量增加。此外，如果发热的IC彼此靠近安装，它们产生的热量会相互干扰并导致温度升高。

下图就是表面贴装IC的散热路径和发热IC密集安装时的散热情况示意图。

IC产生的热量沿水平方向（面积）和垂直方向（电路板厚度）传导并消散。但是如果将IC安装得很密集，特别是水平方向的热量会互相干扰，热量很难散发出来，因此最终会导致温度升高。

散热所需的电路板面积估算

在表面贴装应用中，为了获得IC能够确保符合T_{J max}的热阻，就需要有与其相应的散热面积。此外，避免热干扰也很重要。下图是防止热干扰所需的间距示意图。至少在满足这一点后，再根据θ_JA与铜箔面积的关系图估算所需的散热面积。

如图所示，至少需要IC端面到板面的45°直线不干涉的间距。接下来，求使用条件下所需的θ_JA。

条件示例：IC功耗=1W，最高环境温度T_A(HT)＝85℃，最大容许T_J值＝140℃

从右图中可以看出，要想使θ_JA为55℃/W，需要500mm²以上的铜箔面积。

就是这样通过确保避免热干扰的间隔和所需的散热面积，来考虑最终的IC布局。

审核编辑：汤梓红