散热学习笔记

从零开始学散热

陈继良

热设计的意义

温度的影响

  • LED温度敏感性强
    • 温度浮动导致光输出的变化和发光峰值波长的漂移
    • 结温上升影响光输出效率(同样亮度,产热更多)
    • 温度上升,光质量控制能耗上升
  • 温度对电子产品影响
    • 运行寿命
      • 芯片温度每上升10度,运行寿命减半
        • 正常工作温度内
        • 70-140度,寿命减少更快
    • 能源效率
    • 性能稳定性

温度对芯片的影响原理

  • 硅芯片由多种材料制成,不同材料热膨胀系数不同。温度变化导致芯片内部不同材料间存在相互作用力,长时间积累造成断裂。(类似金属疲劳?)
  • 液态器件(电解电容)
    • 温度升高,密封材料性能下降;水汽进入产生反应,增大爆炸风险;高温下电解液沸腾,压力超过外壳承受能力,嘭
  • 腐蚀
    • 芯片运行产生电场,和空气水分、盐分一同诱发电化学反应;温度越高,反应越快(指数级)
  • 氧化物分解
    • 良好环境下,氧化物分解,电气性能改变
    • 反应速度和温度呈现指数关系
  • 芯片功耗
    • 分类
      • 动态功耗
        • 电容充放电
          • 网络电容
          • 输入负载
        • P/N MOS 同时打开产生的瞬时短路电流
      • 静态功耗
        • 逻辑门没有翻转时的能量损耗
          • P(static) = V(dd)I(leakage)
    • 随芯片制程减小,动态功耗下降,静态功耗上升
    • 静态功耗随温度上升而指数上升

电气性能变化

  • 芯片运行最优温度只位于一个点或一小段温度区间

解决芯片热可靠性

  • 内:优化芯片封装材料和制造工艺(芯片封装热设计)
  • 外:增加散热器(产品系统热设计)

热设计方案特征

  1. 产品热安全
  2. 低成本
  3. 可维护性
  4. 稳定性
  5. 异常检出
  6. 外观
  7. 噪音控制(风冷)
  8. 优秀的工况适应性和异常情景反应策略(这句没看懂)
  9. 节能环保

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