摘要：在利用眾多有效手段進行熱管理設計時，最關注的參數是結到環境的熱阻(ΘJA)。本文介紹ΘJA的測量方法，并簡述工作在空氣不流通環境下的電路熱管理設計。其中首要之處是仿真技術，該技術允許在硅器件處于工作狀態時對其結溫進行直接測量。本文通篇均以采用了MAX1811線性電池充電器的電路作為實例進行闡述。

結溫和熱阻的基礎知識

熱管理設計的主要目標是限制集成電路的結溫。如表1所列的絕對最大額定值所示，所有集成電路生產廠家給出的參數中都包括最大工作結溫。因此，如果要使某一系統具備高性能和高可靠性1，電路板設計人員必須確保IC結溫不超過其絕對最大額定值。

表1. MAX1811極限參數中與溫度有關的數據，其結溫的絕對最大額定值為150°C

Continuous Power Dissipation (TA = +70°C)
8-Pin SO (derated 17.5mW/°C above +70°C)	1.4W
Operating Temperature Range (°C)	-40 to +85
Storage Temperature (°C)	-65 to +150
Maximum Die Temperature (°C)	+150
Lead Temperature (°C, soldering, 10 seconds)	+300

由于IC封裝使測量無法接觸到結點，因此直接測量IC結溫比較困難。作為一種替代方法，可以利用結到外殼的熱阻(ΘJC)和外殼到外部環境的熱阻(ΘCA)計算結溫，如圖1所示。在確定IC的結溫時，熱阻是最重要的參數：ΘJA = ΘJC + ΘCA。


圖1. 利用熱阻計算IC結溫的熱狀態電模型

未提供ΘJA的IC生產廠家多數會提供ΘJA的倒數，即功率耗散降額因子。例如，從表1可知，MAX1811的功率耗散降額因子是17.5mW/°C，17.5mW/°C的倒數是57°C/W，即ΘJA為57°C/W。

如果將溫度等效為電壓，將功率等效為電流，則圖1所示的熱模型類似于歐姆定律，下面以MAX1811以例，計算環境溫度為30°C，功耗為1W (PD)時的結溫(TJ)：

V=I*R (歐姆定律)
T = P*Θ (熱模型)

TJ = PD * (ΘJC + ΘCA) + TA
TJ = 1W * 57°C/W + 30°C
TJ = 87°C

為了更好地理解圖1所示的熱模型，有必要了解ΘJC和ΘCA的實際含義。ΘJC是從IC的封裝特性，如晶元尺寸、引線框架和外殼材料推導出來的。這些特性對于IC封裝來說，是特定不變的。而ΘCA則與通風冷卻條件、封裝及安裝形式、走線寬度與外部散熱器等因素有關。所以，ΘCA表敬