열 저항 네트워크 계산기
부품 열 관리를 위한 직렬 열 저항 네트워크 (θJC + θCs + θSA) 를 통해 접합, 케이스 및 히트싱크 온도를 계산합니다.
공식
작동 방식
열 저항 네트워크 계산기는 PCB 열 분석, 다중 칩 모듈 설계 및 복잡한 인클로저 열 모델링에 필수적인 전기 회로 비유를 사용하여 다층 열 흐름 경로를 분석합니다.열 엔지니어, 패키징 전문가 및 신뢰성 엔지니어는 네트워크 모델을 사용하여 온도 분포를 예측하고 열 병목 현상을 식별합니다.JEDEC JESD51-14 기준에 따르면 열 저항 R_th = L/ (k×a) 입니다. 여기서 L은 두께 (m), k는 열전도율 (W/m·k), A는 단면적 (m²) 입니다.직렬 저항은 직접 더해집니다 (R_합계 = R1 + R2 +...). 평행 경로는 1/R_합계 = 1/R1 + 1/R2 +... 로 결합됩니다.재료 전도도: 구리 385 W/m·k, 알루미늄 205 W/m·K, FR4 0.3 W/m·K, 실리콘 150 W/m·k, 열 그리스 1-5 W/m·K, 공기 0.026 W/m·K.
계산 예제
노출형 열 패드가 있는 4층 PCB의 QFN-32 패키지의 모델 열 경로.레이어 스택 (위에서 아래로): 다이 (실리콘, 0.3mm), 다이 어태치 (에폭시, 0.025mm), 리드프레임 (구리, 0.2mm), 솔더 (SAC305, 0.1mm), PCB 구리 (35μm), FR4 (1.5mm), 주변 공기면적 = 5mm × 5mm = 25mm².각 레이어를 계산하십시오: R_다이 = 0.3mm/ (150×25mm²) = 0.08°C/W. R_ATTACH = 0.025mm/ (1.5×25mm²) = 0.67°C/W. R_리드프레임 = 0.2mm/ (385×25mm²) = 0.02°C/W. R_솔더 = 0.1mm/ (50×25mm²) = 0.08°C/W. R_구리 = 0.035mm/ (385×25mm²) = 0.004°C/W. R_FR4 = 1.5mm/ (0.3×25mm²) = 200°C/W (우세합니다!).전체 시리즈: 200.9°C/W. 열 비아 추가 (비아 20개, 직경 0.3mm, 구리 충전): R_VIAS = 1.5mm/ (385×20×π×0.15²mm²) = 0.55°C/W (FR4와 병행).결합: 1/ (1/200 + 1/0.55) = 0.55°C/W — 비아는 열 저항을 360배 감소시킵니다.
실용적인 팁
- ✓FR4 열전도율 (0.3W/m·k) 은 구리보다 1000배 더 낮습니다. 항상 열 비아 또는 노출된 패드를 통해 내부/하단 구리 평면에 직접 구리 경로를 제공합니다.
- ✓어레이를 통한 열: 의미 있는 개선을 위한 최소 4×4, 구리면 전도도에 근접하는 8×80.3mm 드릴을 통해 구리 충진은 IPC-2221B 기준 최저 R_th를 제공합니다.
- ✓패키지 θJA를 비교하려면 JEDEC 2s2p 또는 1s0p 테스트 보드를 사용하십시오. 실제 PCB의 결과는 구리 커버리지에 따라 30-50% 정도 다를 수 있습니다.
흔한 실수
- ✗인터페이스 열 저항 무시 — 다이 어태치, 솔더 및 TIM 레이어는 총 0.5-5°C/W에 기여하며, 이는 벌크 재료 저항과 비슷하거나 초과합니다.
- ✗저항 분산에 1D 모델 사용 — 소형 다이에서 대형 히트싱크로 열이 확산되면 계산된 R_th에 20-50% 추가 (분산 저항 공식 또는 FEA 사용)
- ✗균일한 열 발생을 가정할 때 IC에서는 평균 전력 밀도가 2배인 핫스팟이 흔하며, 로컬 Tj는 평균 10~20°C를 초과할 수 있습니다.
자주 묻는 질문
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