Шумахер У. Полупроводниковая электроника

INFSEMI_2-Text.fm, стр. 82 из 589 (September 3, 2010, 15:10)

82 3. Силовые полупроводниковые приборы

		t
V (t )= R I 1	− e R C .

Тогда, по электротермической аналогии, превышение температуры:

t

T (t )= Rth P 1−e Rth C th .

Качественные зависимости для процессов нагрева и охлаждения представлены на Рис. 3.33 (эти графики справедливы только для значений tp >> 2 мс).

PV	T
	t
Tj	tp
	Tmax
	Tavg
Tmin	t

Рис. 3.33. Зависимость температуры кристалла Tj от времени нагрева при работе в импульсном режиме.

Температура кристалла колеблется между значениями Tmin и Tmax. Размах колебаний зависит от амплитуды и длительности импульса тока.

Определение Zth, tp и коэффициента заполнения

Переходные тепловые процессы могут быть представлены зависимостью, в которой динамический тепловой импеданс

Z th = Tmax −Tmin

PV

является функцией от длительности импульса тока tp. На Рис. 3.34 приведены зависимости полного теплового сопротивления от длительности импульса тока при разных значениях коэффициента заполнения импульсов (Duty Cycle — DC).

Частным случаем этих характеристик будет зависимость при работе с единичным импульсом (DC = 0). На Рис. 3.35 представлена зависимость теплового сопротивления от длительности импульса тока для

	100
	10–1
[К/Вт]				D =
	10–2			0.50
-c
thj				0.20
Z
				0.10
				0.05
				0.02
	10–3			0.01
		Единичный импульс
	10–4
	10–7	10–5	10–3	10–1	100
			tp [с]

Рис. 3.34. Динамический тепловой импеданс Zthj-c корпуса P-TO263-7-3.

корпуса средней мощности, P-DSO-14-4, при различной площади охлаждающей поверхности на печатной плате. Из данного рисунка чётко видны длительности импульсов, при которых преобладают тепловые постоянные времени кристалла, выводной рамки и печатной платы.

		Выводная		Печатная
120	Кристалл		рамка	плата
100			Посадочная
80			площадка
60
40
20			300 мм2
0
[К/Вт]				600 мм2
thj-a
Z
10–3		10–1	101	103
			tp [с]

Рис. 3.35. Динамический тепловой импеданс корпуса P-DSO-14-4 при работе с одиночными импульсами.

Тепловая постоянная времени кристаллаD лежит в диапазоне нескольких миллисекунд, в то время как постоянная времени выводной рамки — в диапазоне сотен миллисекунд, а печатной платы — в диапазоне сотен секунд.

INFSEMI_2-Text.fm, стр. 83 из 589 (September 3, 2010, 15:10)

3.5. Технологии корпусирования 83

Пример расчёта

В качестве примера возьмём результаты теплового расчёта для корпуса P-TO263-7 (см.

Рис. 3.36 и Табл. 3.2).

		10 ±0.2					4.4
		9.8 ±0.15					1.27±0.1
	1±0.3	8.5 1)					0.1	0.05
		A					B
		1)	1.3 ±0.3				2.4
(15)	9.25±0.2	7.55				4.7 ±0.5	2.7 ±0.3
	7x0.6	0...0.15
		±0.1						0.1
							0.
								±0.1
		6x1.27					5
			0.25	M	A	B
							8° max.

1)Обычные Все металлические поверхности облужены, за исключением кромки реза.

Рис. 3.36. Размеры корпуса P-TO263-7-3.

Таблица 3.2. Параметры корпуса P-TO263-7-3

Параметр		Символ	Значение	Единица измерения
	Кристалл
Площадь		AD	5	мм2
Толщина		dD	360	мкм
Теплопроводность кремния		LSi	150	Вт/(м·К)
Тепловое сопротивление кристалла		RthD	0.48	К/Вт
Плотность кремния		Si	2.33	г/см3
Масса кристалла		mD	4.2	мг
Удельная теплоёмкость кремния		cSi	7.0	Вт с/(г·К)
Теплоёмкость кристалла		CthD	3	мВт с/К
Тепловая постоянная времени кристалла		D	1.5	мс
	Охладитель
Площадь (эффективная площадь: 64 мм2)		AHS	14	мм2
Толщина		dHS	1.27	мкм
Теплопроводность меди		LCu	384	Вт/(м·К)
Тепловое сопротивление охладителя		RthHS	0.24	К/Вт
Плотность меди		Cu	8.93	г/см3
Масса охладителя		mHS	0.8	мг
Удельная теплоёмкость меди		cCu	0.385	Вт с/(г·К)
Теплоёмкость охладителя		CthHS	310	мВт с/К
Тепловая постоянная времени охладителя		HS	70	мс

INFSEMI_2-Text.fm, стр. 84 из 589 (September 3, 2010, 15:10)

84 3. Силовые полупроводниковые приборы

Тепловое сопротивление крепления кристалла и пластмассы корпуса не учитываются, поскольку они никак не влияют на расчёт Rthj-c. Однако для полноты вычислений ниже приведён список значений данных параметров:

RthDB = 0.01…0.1 К/Вт, CthDB = 0.1…0.5 мВт с/К,DB = 1…50 мс,

RthM = 100 К/Вт, CthM = 0.64 Вт с/К,M = 64 с.

где DB — крепление кристалла, M — пластмассовая оболочка.

При помощи измерений, описанных далее, можно определить фактическую величину теплового сопротивления. Для нахождения значения Rthj-a мы должны знать разность температур кристалла Tj и окружающей среды TA. Тогда

Rthj−a = Tj −Ta .

PV

Мощность тепловых потерь PV и температура окружающей среды TA могут быть рассчитаны или определены в термокамере.

Измерение значения температуры кристалла (Tj) потребует небольшой хитрости, так как для этого на кристалле должен быть установлен датчик температуры, показания которого можно было бы снимать во время работы прибора. Для измерения температуры большинства современных приборов можно использовать диод подложки на любом выводе ИС (состояния, сброса и т.д.). Сначала измеряется значение прямого падения напряжения на диоде при постоянном токе. Затем, зная, что температурная зависимость прямого падения напряжения на диоде имеет отрицательный температурный коэффициент, примерно равный -2 мВ/К, по измеренному прямому падению на диоде можно определить соответствующую температуру кристалла.

Этапы расчёта

В качестве примера рассмотрим расчёт для стабилизатора напряжения TLE 4269 в виртуальном устройстве.

1. Измерение калибровочной кривой Калибровочная кривая измеряется в тер-

мокамере с циркулирующим воздухом. Тепловые потери должны поддерживаться на минимально возможном уровне, для этого температура кристалла поддерживается равной температуре окружающей среды. На Рис. 3.37 приведена калибровочная кривая для стабилизатора напряжения TLE 4269 GM (корпус P-DSO-14-4), полученная с помощью диода, подключённого к выводу «сброс» (RO), 7-й вывод корпуса. На Рис. 3.38 представлена схема для проведения измерений.

	600
[мВ]	400
F
V	200
	0

0

50 T [°С] 100

150

Рис. 3.37. Калибровочная кривая для микросхемы TLE 4269 GM при IRO = –500 мА (ток, потребляемый по седьмому выводу, RO).

2.Введение заранее заданных потерь в прибор при Ta = +25°C

Если ключ S1 замкнут и выходное напряжение VQ = 5 В, то выходной ток стабилизатора равен IQ = VQ/RL = 5/35 А.

Тепловые потери PV = (Vi – VQ) IQ в кристалле стабилизатора напряжения будут со-

ставлять порядка 1 Вт.

Измерение падения напряжения на диоде VF = VF25 при Ta = +25°C даёт результат

VF25 = 600 мВ.

3. Изменение температуры окружающей среды (например, до +85°C)

Так как ключ S1 остаётся замкнутым, то потери в стабилизаторе остаются равными

PV = 1 Вт.

Измерение падения напряжения на диоде VF85 при Ta = +85°C дает результат VF85 = 400 мВ.

4.Определение температуры кристалла Tj для Ta = +85°C и PV = 1 Вт.

Калибровочная кривая позволяет нам определить Tj = +125°C при VF = 400 мВ.

5. Расчёт сопротивления Rthj-a

Точное значение теплового сопротивления для реального прибора рассчитывается

INFSEMI_2-Text.fm, стр. 85 из 589 (September 3, 2010, 15:11)

3.5. Технологии корпусирования 85

TLE 4269 GM

I

13

TPower

9

Q

RPU

IF ~ 500 мА

20к

7

TRO

RO

VI = 12 В

C1

Подло-

RF

RL

жечный

100к

35 Ом

диод

10 мкФ

VF ~ 0.7 В

–

CQ

VB

22 мкФ

P-DCO-14-4 3-5; 10-12

S1

50 В

+

1. Измерение зависимости VF = f(Ta): 2. Измерение теплового сопротивления

PV — мощность потерь

S1

открыт: IQ = 0 мА,

переход—окружающая среда Rthj-a:

Ta — температура окру-

PV

= VI·II ~ 0 мВт, Ta ~ Tj

S1

закрыт: IQ = VQ/RQ и PV = (VI - VQ)·IQ ~ 1 Вт,

жающей среды

тогда Tj можно найти, измерив VF

Tj — температура кристалла

при заданной Ta

из заданной зависимости

VF(Ta), затем получим Rthj-a = (Ta – Tj)/1 Вт

Рис. 3.38. Схема измерительной установки для стабилизатора TLE 4269 GM.

из полученных величин по следующей формуле:

Rthj−a = Tj −Ta .

PV

Такие параметры, как, например, скорость потока воздуха, могут изменяться без снижения точности измерений. Например,

Rthj-a = (125°C – 85°C)/1 Вт = 40°C/Вт = = 40 K/Вт.

3.5.4.Анализ тепловых процессов в корпусах полупроводниковых приборов методом конечных элементов

При применении метода конечных элементов можно избежать масштабных измерений температуры. Для определения данных для расчёта теплового сопротивления в программу моделирования вводятся геометрические размеры корпуса и кристалла, который устанавливается в данном корпусе. В тех случаях, когда проволочные соединения играют важную роль, они также учитываются при моделировании. На Рис. 3.39 в верхнем левом углу показаны модели корпусов с теплоотводящей пластиной с установленным кристаллом, в сборе и без пластмассовой оболочки. Ниже слева этот корпус установлен на печатную плату, рядом с ней можно увидеть модель работающего прибора без пластмассовой оболочки. Справа можно увидеть полусимметричную модель прибора в корпусе SO улучшенным теплоот-

водом, как в пластмассе, так и без неё. Дополнительные возможности модели-

рования при помощи метода конечных элементов показаны на Рис. 3.40. Температуры отдельных компонентов — кристалла, выводной рамки, пластмассовой оболочки и соединительных контактов — могут рассматриваться отдельно или в комплексе. Это позволяет получать необходимую информацию во время проектирования самого корпуса и для целей практического использования продукции. Более того, появляется возможность оптимизации всего устройства, не прибегая к созданию дорогого прототипа.

Для получения данных, пригодных для использования в повседневной практике, для разных типов корпусов были созданы по три различных печатных платы. Они отличаются размером площадей теплоотвода с длиной стороны а, к которым крепятся теплоотводящие части корпуса (теплоотводящая пластина корпуса P-TO-252 или центральные выводы корпуса P-DSO-14-4) (см.

Рис. 3.41).

Моделирование методом конечных элементов позволяет получить следующие статические тепловые сопротивления:

Rthj-a (сопротивление кристалл — окружающая среда или система — окружающая среда),

атакже следующие входящие в него сопротивления:

Rthj-c (сопротивление кристалл — корпус) для корпусов с охлаждающей площадкой

INFSEMI_2-Text.fm, стр. 86 из 589 (September 3, 2010, 15:11)

86 3. Силовые полупроводниковые приборы

Кристалл с двумя активными	Полимерный материал	Корпус P-TO252-3-1 без
поверхностями	без охлаждающей пластины,	полимерной оболочки при
	кристалла и выводной рамки	PV = 3 Вт для определения Rthj-c

Кристалл и выводная рамка	Выводная рамка корпуса	Корпус SOT223-4-2 на печатной
корпуса SOT223-4-2, расположенные	SOT595-5-1 на печатной	плате с радиатором 6 см2:
на печатной плате с радиатором	плате с радиатором	Rth,j-c ≈ 70 К/Вт, рассчитано для PV = 0.5 Вт

Рис. 3.39. Анализ методом конечных элементов открывает множество интересных возможностей.

Место	Проволочное
локального	соединение	Полимерный
перегрева	Кристалл	материал
Клей
Вывод

Распределение температуры при TLead = +150°C и PSpot = 1.5 Вт

Рис. 3.40. Результаты моделирования методом конечных элементов: слева — корпус для автоматического монтажа; справа — корпус SO с расширенным диапазоном температур.

INFSEMI_2-Text.fm, стр. 87 из 589 (September 3, 2010, 15:11)

3.5. Технологии корпусирования 87

1	P-DSO-14-4
6 см2
	0.375
	a/2
a
1

2	P-DSO-14-4
3 см2	0.375
0.67	a/2
a
1

Плата для измерения Rth корпуса P-DSO-14-4 LP 1.0

3	P-DSO-14-4
Только	-16-1
посадочные
площадки
1

1	P-TO252-3-1		2	P-TO252-3-1	3	P-TO252-3-1
6 см2	a		3 см2		Только
			a		посадочные
					площадки

a/2

a/2

1

I

Q

1

I Q

1

I Q

Плата для измерения Rth корпуса P-TO252-3-1 LP 1.1

Рис. 3.41. Печатные платы для измерения теплового сопротивления система — окружающая среда как функции от площади медной площадки на печатной плате.

или

Rthj-pin (сопротивление кристалл — вывод корпуса) для корпусов, не имеющих охлаждающих площадок для монтажа.

Поскольку значения этих сопротивлений зависят от площади активной поверхности кристалла, для каждого типа корпуса был промоделирован кристалл среднего размера (> 2 мм2). Так как сопротивление кристалла мало по сравнению с сопротивлением печатной платы, то для устройств со средней мощностью потерь (< 5 Вт), этой погрешностью можно пренебречь.

Если построить зависимость статического теплового сопротивления Rthj-a (кристалл — окружающая среда) от площади охлаждающей поверхности печатной платы, то получим кривую, которая чрезвычайно важна для применения прибора (см.

Рис. 3.42).

Оценив площадь поверхности охлаждения в реальном устройстве, пользователь таким образом может определить ожидаемое значение Rthj-a, при этом следует иметь

ввиду, что значения, представленные на этом графике, рассчитаны для неподвижного воздуха и без учёта какого-либо теплового излучения.

Таким образом, приведённые значения представляют наихудший случай. В реальных устройствах значения теплового сопротивления будут значительно ниже. Например, при скорости потока воздуха 500 футов

вминуту значение Rthj-a для корпуса P- DSO-14-4 будет примерно на 30% ниже (Рис. 3.43).

Метод анализа конечных элементов может также использоваться для анализа динамических тепловых процессов. Динамическое тепловое сопротивление определяется как отношение разности температур за

время tp:

T = Tj – Ta.

Если провести моделирование переходного процесса методом конечных элементов, то можно с лёгкостью получить зависимость Zthj-a = f(tp) (зависимость динамичес-

INFSEMI_2-Text.fm, стр. 88 из 589 (September 3, 2010, 15:11)

88 3. Силовые полупроводниковые приборы

	120			P-DSO-14-4
		112
	110				Rthj-pin = 31.7 К/Вт
	100				92
[К/Вт]	90
	80							78
a	70
-
thj	60
R
	50
	40
		0	100	200	300	400	500	600
					А [мм2]

Rthj-a [К/Вт]

160		P-TO252-3-1
143.9			Rthj-c = 1.8 К/Вт
140
120
100
80			78
60						54.7
40
0	100	200	300	400	500	600
			А [мм2]

Рис. 3.42. Зависимость теплового сопротивления кристалл — окружающая среда Rthj-a от площади охлаждающей поверхности A.

		120
	[К/Вт]	110
		90
		100
	thj-a	80
	R
		70
		60

0

P-DSO-14-4

Только посадочная площадка

A = 300 мм2

A = 600 мм2

100 200 300 400 500 600 Скорость воздуха [м/мин]

Rthj-a [К/Вт]

160

140

120

100

80

60

40

0

P-TO252-3-1

Только посадочная площадка A = 300 мм2

A = 600 мм2

50

100

150

200

Скорость воздуха [м/мин]

Рис. 3.43. Зависимость теплового сопротивления кристалл — окружающая среда от скорости воздушного потока.

P-DSO-14-4

	120
	100	Только посадочная
				площадка
[К/Вт]
	80			300 мм2
	60			600 мм2
thj-a
Z	40
	20
	0
	10–3		10–2	10–1	100	101	102	103
					tp [с]

Zthj-a [К/Вт]

160

140

120

100

80

60

40

20

0

10–3

P-TO252-3-1

Только посадочная площадка 300 мм2 600 мм2

10–2	10–1	100	101	102	103
		tp [с]

Рис. 3.44. Тепловые импедансы корпусов P-DSO-14-4 и P-TO-252 (D-Pack) для различных конфигураций печатных плат.

кого теплового сопротивления от длительности импульса тока). Используя эту зависимость, можно рассчитать максимальные значения температуры.

Для наглядности проведем расчёт температур, используя следующие данные:

корпус P-TO-252 (D-Pack);

площадь охлаждающей поверхности 3 см3;

мощность потерь PV = 1 Вт;

длительность импульса tp = 100 c;

температура окружающей среды

Ta = +85°С.

Из средней кривой, приведённой на Рис. 3.44, найдем значение Rthj-a при длительности импульса tp = 100 с, которое составляет примерно 50 К/Вт. Зная значение этого сопротивления, найдём изменение температуры T = PV Rthj-a = 50 К.

INFSEMI_2-Text.fm, стр. 89 из 589 (September 3, 2010, 15:11)

3.5. Технологии корпусирования 89

	Таким образом, получаем максимальное					сов. У некоторых корпусов пластмассовая
	значение температуры кристалла Tjmax:					оболочка показана прозрачной, чтобы мож-
	Tjmax = 85°C + 50°C = 135°C.					но было	увидеть внутреннюю структуру
						прибора.
	Для того чтобы предоставить потребите-
	лю необходимые данные по применению
	приборов, компания		Infineon выпускает
	спецификации на корпуса силовых полу-
	проводниковых приборов с их тепловыми
	характеристиками и всеми важными пара-
	метрами. Например, в спецификации на
	корпус P-DSO-14-4 сначала приводятся все
	размеры корпуса и посадочных площадок
	на плате. Далее представлены различные
	типы печатных плат,		для	которых	было	Рис. 3.45. Корпуса с теплоотводом.
	проведено моделирование. За ними следу-
	ют карты теплового распределения, и, на-					Поскольку благодаря совершенствова-
	конец, в графической форме приведены ре-
						нию полупроводниковой			технологии со-
	зультаты моделирования методом конечных
						противление открытого канала снижается,
	элементов.
						заметным становится вклад корпуса в со-
	На графике зависимости статического
						противление прибора. Поэтому, с одной
	теплового сопротивления Rthj-a от площади
						стороны, возрастает диаметр проволочных
	A охлаждающей поверхности печатной пла-
						выводов от кристалла к рамке, используется
	ты также показаны зависимости сопротив-
						несколько параллельно включённых прово-
	ления Rthj-c (кристалл — корпус) или Rthj-pin
						лочных соединений. С другой стороны, для
	для корпуса SO.
						снижения	сопротивления		вертикального
	Кроме того, в спецификации пользова-
						канала толщина кристалла силовых МОП-
	тель найдёт	зависимость		динамического
						транзисторов уменьшается до значения ме-
	теплового импеданса Zthj-a от длительности
						нее 100 мкм.
	единичного	импульса	tp для трёх разных
						В большинстве современных устройств
	размеров охлаждающей поверхности печат-
						требуются	корпуса	для	поверхностного
	ной платы.
						монтажа.	Компания	Infineon предлагает
	Следует ещё раз отметить, что представ-
						любые стандартные		корпуса приборов и,
	ленные данные соответствуют наихудшему
						кроме того, свои собственные разработки.
	случаю, так как в них не учитывается тепло-
						Например, корпус TO252-15 имеет три изо-
	отдача конвекцией и		излучением. Таким
						лированных друг от друга теплоотводящих
	образом, используя указанные данные, пот-
						посадочных места для кристаллов и пре-
	ребитель всегда имеет некоторый запас. Ес-
						красно подходит для реализации полумос-
	ли компоновка очень плотная, то требуется
						товых схем (см. также подраздел 3.6.4).
	более детальное моделирование.
						С недавнего времени для коммутации
	3.5.6. Специальные параметры					сверхвысоких мощностей и токов в автомо-
	корпусов силовых					бильной электронике, так же как и в про-
	полупроводниковых приборов					мышленной электронике, стали использо-
	для автомобильной электроники					вать сборки из нескольких МОП-транзис-
	Полевые транзисторы и IGBT					торов (обычно соединяются вместе 6 клю-
						чей, образующие трёхфазный полумост).
	Приборы	MOSFET	и	SmartFET	для	Если автомобили перейдут на напряжение
						42 В, то эти новые приборы окажутся очень

	сильноточных приложений выпускаются в
	3.5.5. Спецификация на тепловые
	характеристики и тип корпуса
	обычных мощных корпусах. На Рис. 3.45	полезными и будут производиться больши-
		ми партиями.
	представлены основные типы этих корпу-

INFSEMI_2-Text.fm, стр. 90 из 589 (September 3, 2010, 15:11)

90 3. Силовые полупроводниковые приборы

	Интеллектуальные ключи (SmartFET)	отразила эту идею в девизе «Кремний вмес-
	Для реализации многоканальных клю-	то теплоотвода».
		В результате были разработаны корпуса
	чей требуются корпуса, у которых имеется
		SO с улучшенными тепловыми характерис-
	более 7 выводов. Поэтому линейка мощных
		тиками. Данные корпуса имеют точно такие
	корпусов была дополнена корпусом Power
		же размеры, как и стандартные корпуса SO.
	SO. Компания Infineon может предложить
		Однако их внутреннее строение сильно от-
	любые типы корпусов, имеющие до 100 вы-
		личается. Часть выводов соединяется не-
	водов. На Рис. 3.46 представлены типичные
		посредственно с выводной рамкой (крис-
	представители этого семейства корпусов.
		таллодержателем) и используется для теп-
		лоотвода. На Рис. 3.47 представлены неко-
		торые из модернизированных корпусов SO.

		Рис. 3.47. Примеры корпусов с улучшенным
	Рис. 3.46. Основные виды корпусов Power SO.	телоотводом, производимых компанией
		Infineon.
	Не всегда нужно рассеивать большую	Оптимальный по цене корпус был полу-
	тепловую мощность, а во многих случаях
	это может быть нежелательным из-за того,	чен в результате комбинации усовершенс-
	что рассеиванию тепла в окружающей среде	твованной SO-технологии и разварки крис-
	препятствуют конструктивные характерис-	талла толстой алюминиевой проволокой.
	тики приборов (пластиковые корпуса).	Данная технология была с большим успе-
	Кроме того, не всегда требуется очень высо-	хом применена компанией Infineon в серии
	кая теплоёмкость мощных корпусов, пос-	микросхем BTS77xx семейства SO TrilithIС
	кольку это приводит к появлению очень	(это можно увидеть в частично открытом
	больших тепловых потерь в аварийных си-	корпусе прибора, показанном в верхнем
	туациях (короткое замыкание или перегруз-	правом углу на Рис. 3.47).
	ка), которые затем должны быть рассеяны	Интеллектуальные силовые ИС и ИС
	через печатную плату.
		интеллектуальных систем питания
	Если требуется оптимально использовать
	материал, то очевидно, что вес теплоотвода	Как и для многоканальных ключей, для
	надо уменьшать. Кроме того, во многих	интеллектуальных силовых ИС требуются
	случаях для обеспечения нормального ре-	корпуса с большим количеством выводов.
	жима работы прибора достаточно иметь не-	В данном случае выбор между корпусом с
	большую теплоёмкость, как, например, при	теплоотводящей пластиной или корпусом
	включении электронных ламп накалива-	с улучшенным теплоотводом осуществляет-
	ния. Они прогреваются пиковыми токами в	ся в зависимости от приложения.
	течение нескольких десятков миллисекунд,	Чем сложнее ИС, тем больше в ней ис-
	после чего по ним протекает рабочий ток,	точников тепла. Для производителей слож-
	величина которого на порядок меньше ве-	ных электронных блоков управления целе-
	личины этих пиков. В таких условиях при	сообразным является создание виртуально-
	снижении сопротивления в открытом со-	го прототипа с использованием теплового
	стоянии за счёт использования большего	моделирования. Это позволяет получить
	количества кремния, устройство сможет ра-	предварительную оценку многих взаимо-
	ботать при значительно более высоких теп-	действий между интегрированными под-
	ловых сопротивлениях. Компания Infineon	системами.

		INFSEMI_2-Text.fm, стр. 91 из 589 (September 3, 2010, 15:11)
		3.5. Технологии корпусирования 91
Параметры корпуса:	Схема соединений	Кристалл:
		Области
Выводная рамка		нагрева
P-DSO-20-6
		Повышающий
		преобразователь
		Понижающий
		преобразователь

Масштабы не соотнесены

Рис. 3.48. Параметры моделирования микросхемы TLE6711.

Тем не менее, работа электронного блока управления должна быть промоделирована в условиях эксплуатации. Компания Infineon предлагает подобную услугу, которая для самих заказчиков иногда может оказаться слишком дорогостоящей.

Используя параметры конкретного применения, например вольтамперные характеристики, тип материала печатной платы, место установки соединителя (может использоваться для охлаждения), тип корпуса (например, в худшем случае — это закрытый пластмассовый корпус, не имеющий контакта с шасси), инженеры компании Infineon проводят разбиение устройства на функциональные блоки. При этом обсуждаются с заказчиком или даются ответы на следующие вопросы:

Какое количество силовых транзисторов, ключей, мостовых схем требуется?

По какой технологии будут изготовлены данные приборы?

Каково должно быть значение сопротивления в открытом состоянии (малым или большим)?

Какие типы корпусов наилучшим образом удовлетворяют всем этим требованиям?

Затем оптимизируется размещение приборов на печатной плате. В тех случаях, когда условия применения определяются совместно с заказчиком, он предоставляет профиль распределения температуры внутри электронного блока управления, поперечные разрезы и максимальные температуры для отдельных приборов. Также, если требуется, может быть проведено моделирование работы в переходных режимах.

Теперь покажем результаты моделирования типового электронного блока управления. Для того чтобы провести моделирование, требуются соответствующие модели от-

дельных ИС, печатной платы, корпуса и соединителей. В качестве примера на Рис. 3.48 представлена ИС понижающего/повышающего импульсного источника питания TLE6711GL со всеми требуемыми данными.

В модели учтены параметры выводной рамки, пластмассовой оболочки и структура ИС со всеми источниками потерь. Результаты моделирования можно увидеть на

Рис. 3.49 и Рис. 3.50.

Прямоугольники с высокой температурой — это приборы, рассеивающие тепло (в данном примере — микросхемы, диоды и дроссели импульсных источников питания). Соединитель для жгута проводов можно обнаружить в виде вытянутого «холодного» прямоугольника, расположенного вдоль нижней кромки печатной платы. В этом примере ИС 3 с температурой кристалла +180°С почти перегрета. Однако участок наибольшей плотности выделяемой мощности на печатной плате находится около ИС 1.

Вид сбоку добавляет больше информации о направлении тепловых потоков, распространяющихся внутри пластикового корпуса путём конвекции (Рис. 3.50). Таким образом, например, можно увидеть, что конвекционный купол над микросхемой ИС 1 простирается до крышки корпуса. Улучшить данную ситуацию можно путём изменения расположения приборов. Поскольку электрические характеристики приборов зависят от температуры (например, сопротивление в открытом состоянии Ron ДМОП-транзисторов удваивается при изменении температуры от –40 до +175°С), желательно связать моделирование электрической схемы с тепловым моделированием устройства. Это достигается при помощи динамической модели, например такой, как