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Thermal

열 저항 네트워크 계산기

부품 열 관리를 위한 직렬 열 저항 네트워크 (θJC + θCs + θSA) 를 통해 접합, 케이스 및 히트싱크 온도를 계산합니다.

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공식

TJ=TA+PD×(θJC+θCS+θSA)T_J = T_A + P_D × (θ_JC + θ_CS + θ_SA)
T_J— 접합 온도 (°C)
T_A— 주변 온도 (°C)
P_D— 전력 손실 (W)
θ_JC— 접합부-케이스 열 저항 (°C/W)
θ_CS— 케이스-히트싱크 열 저항 (°C/W)
θ_SA— 히트싱크-주변 온도 저항 (°C/W)

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 기준, 열 저항 R_th = L/ (k×A), 여기서 L은 두께 (m), k는 열전도도입니다. (W/m·K), 와 A는 단면적입니다. (m²). 시리즈 저항은 (R_total = R1 + +...) 와 직접 연결됩니다. 병렬 경로는 1/R_total = 1/R1 + 1/R2 + ...와 같은재료 전도도: 구리 385 W/m·K, 알루미늄 205 W/m·K, FR4 0.3 W/m·K, 실리콘 150 W/m·K, 써멀 그리스 1-5 W/m·K, 에어 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 공기.면적 = 5mm × 5mm = 25mm². 각 레이어를 계산합니다: R_die = 0.3mm/(150×25mm²) = 0.08°C/W R_attach = 0.025mm/(1.5×25mm²) = 0.67°C/W. R_leadframe = 0.2mm/(385×25mm²) = 0.02°C/W. R_solder = 0.1mm/(50×25mm²) = 0.08°C/W. R_copper = 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 (20개의 비아, 0.3mm 직경, 구리 충전): R_vias = 1.5mm/(385×20×π×0.15²mm²) = 0.55°C/W를 FR4와 병행하여 사용하십시오.복합: 1/ (1/200 + 1/0.55) = 0.55°C/W — 비아는 열 저항을 360배 감소시킵니다.

실용적인 팁

  • ✓FR4 열전도율 (0.3 W/m·K) ) 은 구리보다 1000배 더 나쁩니다. 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 8×8, 0.3mm 드릴을 통해 구리로 채워진 구리로 채워진 성능은 IPC-2221B 기준 최저 R_th 입니다.
  • ✓패키지를 비교하려면 JEDEC 2s2p 또는 1s0p 테스트 보드를 사용하십시오. θJA — 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 확산을 위한 1D 모델 사용 — 소형 다이에서 대형 히트싱크로 열이 확산되면 계산된 값에 20-50% 가 추가됩니다 R_th; 확산 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

열 저항 R_th (°C/W 또는 K/W) 는 단위 전력당 온도 상승으로, ΔT = R_th × P로, 전기 저항 (V = I × R) 과 유사합니다.두께가 L, 전도도 k, 면적 A인 슬래브를 통한 전도의 경우 R_th = L/ (k×a) 입니다. R_th가 낮을수록 열 전달이 더 좋습니다.일반적인 값: 1cm² = 0.026°C/W에서 1mm 구리 (385W/m·K), 1cm² = 33°C/W에서 1mm FR4 (0.3W/m·K).
직접적인 비유: 온도 ↔ 전압, 열 흐름 ↔ 전류, 열 저항 ↔ 전기 저항.Kirchhoff의 법칙이 적용됩니다. 직렬 저항은 더해지고, 병렬 저항은 서로 결합하며, 노드에서는 열이 보존됩니다.이를 통해 SPICE의 열 네트워크 시뮬레이션이 가능해집니다. 즉, 각 재료를 저항기로, 열원을 전류원으로, 주변을 전압원으로 모델링할 수 있습니다.
재료 전도도 (k): 구리 = 385 W/m·K, 알루미늄 = 205, 실리콘 = 150, 솔더 = 50, 써멀 그리스 = 1-5, FR4 = 0.3, 공기 = 0.026.기하학: R_th ∝ L/A (두꺼울수록 나쁘고 면적이 넓을수록 좋음).인터페이스: 표면 거칠기와 접촉 압력은 열 접촉 저항에 영향을 미칩니다 (일반적으로 0.1-1°C/W).확산: 작은 소스에서 대형 싱크대로 열이 확산되면 저항력이 증가합니다.
시리즈: 적층된 레이어를 통해 열이 순차적으로 흐릅니다 (다이 → 부착 → 패키지 → TIM → 히트싱크).병렬: 열에는 여러 개의 동시 경로가 있습니다 (FR4와 병렬로 연결된 열 바이어, 전도와 병렬의 대류).실제 시스템에서는 두 가지 모두를 결합합니다. 경로당 직렬 저항을 계산한 다음 병렬 경로를 결합합니다.복잡한 형상의 경우 FEA 시뮬레이션 (ANSYS, COMSOL) 을 사용하십시오.

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