Calculadora de Red de Resistencias Térmicas
Calcula temperaturas en cada nodo de redes de resistencias térmicas serie y paralelo.
Fórmula
Cómo Funciona
La calculadora de redes de resistencia térmica analiza las rutas de flujo de calor de múltiples capas mediante la analogía de los circuitos eléctricos, algo esencial para el análisis térmico de PCB, el diseño de módulos multichip y el modelado térmico de gabinetes complejos. Los ingenieros térmicos, los especialistas en embalaje y los ingenieros de confiabilidad utilizan modelos de red para predecir la distribución de la temperatura e identificar los cuellos de botella térmicos. Según el JEDEC JESD51-14, la resistencia térmica R_th = L/ (K×A), donde L es el grosor (m), k es la conductividad térmica (W/m·K) y A es el área de la sección transversal (m²). Las resistencias en serie se suman directamente (R_total = R1 + R2 +...); las rutas paralelas se combinan como 1/R_total = 1/R1 + 1/R2 +... Conductividades del material: cobre 385 W/m·K, aluminio 205 W/m·K, FR4 0,3 W/m·K, silicio 150 W/m·K, grasa térmica de 1 a 5 W/m·K, aire 0,026 W/m·K.
Ejemplo Resuelto
Modelo de ruta térmica para el paquete QFN-32 en PCB de 4 capas con almohadilla térmica expuesta. Conjunto de capas (de arriba a abajo): matriz (silicona, 0,3 mm), unión a troquel (epoxi, 0,025 mm), marco de plomo (cobre, 0,2 mm), soldadura (SAC305, 0,1 mm), PCB de cobre (35 μm), FR4 (1,5 mm), aire ambiente. Área = 5 mm × 5 mm = 25 mm². Calcula cada capa: R_die = 0,3 mm/ (150 × 25 mm²) = 0,08 °C/W. R_attach = 0,025 mm/ (1,5 × 25 mm²) = 0,67 °C/W. R_LeadFrame = 0,2 mm/ (385 × 25 mm²) = 0,02 °C/W. R_solder = 0,1 mm/ (50 × 25 mm²) = 0,08 °C/W. _Cobre = 0,035 mm/ (385 × 25 mm²) = 0,004 °C/W. R_FR4 = 1,5 mm/ (0,3 × 25 mm²) = 200 °C/W (¡domina!). Serie total: 200,9 °C/W. Sumando vías térmicas (20 vías, 0,3 mm de diámetro, rellenas de cobre): R_vias = 1,5 mm/ (385 × 20 × π × 0,15 m² mm²) = 0,55 °C/W en paralelo con FR4. Combinado: 1/ (1/200 + 1/0,55) = 0,55 °C/W; las vías reducen la resistencia térmica 360 veces.
Consejos Prácticos
- ✓La conductividad térmica del FR4 (0,3 W/m·K) es 1000 veces peor que la del cobre: siempre proporciona una ruta directa del cobre a través de vías térmicas o una almohadilla expuesta a los planos de cobre internos/inferiores
- ✓Termal mediante matrices: mínimo de 4 × 4 para una mejora significativa; 8 × 8 se acerca a la conductividad del plano de cobre. Con una broca de 0,3 mm, el relleno de cobre proporciona el valor R_th más bajo según el IPC-2221B
- ✓Utilice placas de prueba JEDEC 2s2p o 1s0p para comparar el paquete θJA; los resultados en la PCB real diferirán entre un 30 y un 50% según la cobertura de cobre
Errores Comunes
- ✗Haciendo caso omiso de la resistencia térmica de la interfaz: las capas de unión a troqueles, soldaduras y TIM aportan entre 0,5 y 5 °C/W en total, lo que es comparable o superior a la resistencia del material a granel
- ✗Uso del modelo 1D para la resistencia a la dispersión: la propagación del calor desde un troquel pequeño a un disipador térmico grande añade entre un 20 y un 50% al R_th calculado; utilice la fórmula de resistencia a la dispersión o FEA
- ✗Suponiendo una generación de calor uniforme, los puntos calientes con una densidad de potencia 2 veces mayor que la media son comunes en los circuitos integrados; el Tj local puede superar el promedio entre 10 y 20 °C
Preguntas Frecuentes
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