Calculadora de rede de resistência térmica
Calcule as temperaturas da junção, da caixa e do dissipador de calor por meio de uma rede de resistência térmica em série (θJC + θCS + θSA) para gerenciamento térmico de componentes
Fórmula
Como Funciona
A calculadora de rede de resistência térmica analisa os caminhos do fluxo de calor de várias camadas usando a analogia do circuito elétrico — essencial para análise térmica de PCB, design de módulo de vários chips e modelagem térmica complexa de gabinetes. Engenheiros térmicos, especialistas em embalagens e engenheiros de confiabilidade usam modelos de rede para prever a distribuição de temperatura e identificar gargalos térmicos. De acordo com JEDEC JESD51-14, resistência térmica R_th = L/ (K × a) onde L é espessura (m), k é condutividade térmica (W/m · K) e A é área da seção transversal (m²). As resistências em série são adicionadas diretamente (R_total = R1 + R2 +...); os caminhos paralelos se combinam como 1/R_total = 1/R1 + 1/R2 +... Condutividades do material: cobre 385 W/m·K, alumínio 205 W/m·K, FR4 0,3 W/m·K, silício 150 W/m·K, graxa térmica 1-5 W/m·K, ar 0,026 W/m·K.
Exemplo Resolvido
Modele o caminho térmico para o pacote QFN-32 em PCB de 4 camadas com almofada térmica exposta. Pilha de camadas (de cima para baixo): matriz (silício, 0,3 mm), fixação de matriz (epóxi, 0,025 mm), estrutura de chumbo (cobre, 0,2 mm), solda (SAC305, 0,1 mm), cobre PCB (35 μm), FR4 (1,5 mm), ar ambiente. Área = 5 mm × 5 mm = 25 mm². Calcule cada camada: 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_solda = 0,1 mm/ (50 × 25 mm²) = 0,08° C/W. R_solda = 0,1 mm/ (50 × 25 mm²) = 0,08° C/W. R_cobre = 0,035 mm/ (385 × 25 mm²) = 0,004° C/W. R_FR4 = 1,5 mm/ (0,3 × 25 mm²) = 200° C/W (domina!). Série total: 200,9° C/W. Adição de vias térmicas (20 vias, 0,3 mm de diâmetro, preenchidas com cobre): R_vias = 1,5 mm/ (385 × 20 × π × 0,15²mm²) = 0,55° C/W em paralelo com FR4. Combinado: 1/ (1/200 + 1/0,55) = 0,55° C/W — as vias reduzem a resistência térmica em 360 ×.
Dicas Práticas
- ✓A condutividade térmica do FR4 (0,3 W/m·K) é 1000 vezes pior que a do cobre — sempre forneça um caminho direto do cobre por meio de vias térmicas ou da almofada exposta aos planos internos/inferiores do cobre
- ✓Térmica via matrizes: mínimo de 4 × 4 para melhoria significativa; 8 × 8 se aproxima da condutividade do plano de cobre. Por meio de broca de 0,3 mm, preenchida com cobre fornece o menor R_th de acordo com IPC-2221B
- ✓Use placas de teste JEDEC 2s2p ou 1s0p para comparar o pacote θJA - os resultados no PCB real diferirão em 30-50% dependendo da cobertura de cobre
Erros Comuns
- ✗Ignorando a resistência térmica da interface — as camadas de fixação, solda e TIM contribuem com um total de 0,5 a 5° C/W, comparável ou superior à resistência do material a granel
- ✗Usando o modelo 1D para resistência de espalhamento — a propagação de calor de uma matriz pequena para um grande dissipador de calor adiciona 20-50% ao R_th calculado; use a fórmula de resistência de espalhamento ou FEA
- ✗Supondo a geração uniforme de calor — pontos quentes com densidade de potência média de 2 × são comuns em ICs; o Tj local pode exceder a média em 10-20° C
Perguntas Frequentes
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