結到環(huán)境熱阻 RθJA 是最常報告的熱指標，也是最常被誤用的指標。 RθJA 是對安裝在特定測試試樣上的 IC 封裝的熱性能的測量。 RθJA 的目的是提供一個指標，通過該指標可以比較封裝的相對熱性能。 當兩家公司都使用標準化測試來測量 RθJA 時確實如此，例如 JEDEC 在 EIA/JESD51-x 系列文檔中指定的測試。 然而，有時不遵守 JEDEC 條件，也沒有記錄偏離標準的情況。 這些測試變化會對 RθJA 的測量值產(chǎn)生巨大影響。 因此，除非用 RθJA 值報告測試條件，否則它們不被認可。
RθJA 的測量使用以下步驟進行（總結自 EIA/JESD51-1、-2、-5、-6、-7 和 -9）：
步驟 1. 一個設備，通常是一個集成電路 (IC) 封裝，包含一個熱測試芯片，既可以耗散功率又可以測量最大芯片溫度，安裝在測試板上。
步驟 2. 校準測試芯片的感溫元件。
步驟 3. 封裝和測試板系統(tǒng)放置在靜止空氣 (RθJA) 或流動空氣 (RθJMA) 環(huán)境中。
步驟 4. 已知功率在測試芯片中耗散。
步驟 5. 達到穩(wěn)態(tài)后，測量結溫。
步驟 6. 計算測得的環(huán)境溫度與測得的結溫之間的差異，然后除以耗散功率，得出 RθJA 的值，單位為 °C/W。
一、如何使用
系統(tǒng)設計人員經(jīng)常使用 RθJA 來估計其設備在其系統(tǒng)中使用時的結溫。 通常假設用于從 RθJA 計算結溫的公式是：
這是 RθJA 熱參數(shù)的誤用，因為 RθJA 不僅是封裝的可變函數(shù)，而且是許多其他系統(tǒng)級特性的可變函數(shù)，例如安裝部件的印刷電路板 (PCB) 的設計和布局。 實際上，測試板是一個焊接在器件引線上的散熱器。 改變測試板的設計或配置會改變散熱器的效率，從而改變測得的 RθJA。 事實上，在靜止空氣 JEDEC 定義的 RθJA 測量中，芯片產(chǎn)生的幾乎 70%–95% 的功率是從測試板耗散的，而不是從封裝表面耗散的。 由于系統(tǒng)板很少接近用于確定 RθJA 的測試試樣，因此使用公式應用 RθJA 會導致極其錯誤的值。
表 1 列出了當所有材料保持不變時，可能影響給定封裝外形的 RθJA 的因素。 第一列列出了因素，而第二列給出了關于該因素影響的經(jīng)驗法則估計。
表 1. 給定封裝外形的影響 RθJA 的因素
鑒于 RθJA 不是封裝本身的特性，而是封裝、PCB 和其他環(huán)境因素的特性，因此最好將其用作不同公司之間封裝熱性能的比較。 例如，如果ST報告封裝的 RθJA 為 40°C/W，而其他同類的值為 45°C/W，則 ST部件在應用中的運行溫度可能比競爭對手的部件低 10%。
二、測試影響
JEDEC 已經(jīng)建立了一套用于測量和報告 IC 封裝熱性能的標準。 這些標準屬于 EIA/JESD51 保護傘。 EIAJ/Semi 也有一套與 JEDEC 版本大不相同的熱標準。 RθJA 不是常數(shù)； 因此，在嘗試比較之前確定用于計算或測量 RθJA 的標準至關重要。
在 JEDEC 規(guī)范中，允許使用兩種測試板類型。 1s（單信號層）配置為中等填充的多平面系統(tǒng)級 PCB 應用提供了典型的使用值。 2s2p（雙信號層，雙掩埋電源平面）配置提供了最佳情況下的性能估計，假設人口稀少、具有掩埋電源和接地平面的高走線密度板設計。 圖 1 顯示了針對 17 種不同封裝類型的這兩個板的建模 RθJA 差異。 請注意，這些模型的所有材料和封裝幾何形狀都保持不變。
圖 1. 各種封裝的 1s 與 2s2p PCB
如圖所示，作為 1s 與 2s2p 測試卡結構的函數(shù)，可以預期多達 50% 的 RθJA 變化。
三、芯片尺寸影響
本主題涉及封裝內(nèi)的布局，無論是傳統(tǒng)的引線框架封裝、小焊盤 (S-pad) 封裝、片上引線 (LOC) 還是球柵陣列 (BGA) 封裝。 更普通的幾何配置也會對封裝熱性能產(chǎn)生重大影響。 這些可能包括如圖 3 所示的封裝中引線尖端和芯片焊盤之間的距離，甚至是焊盤和引線指之間的下陷。 后者是薄封裝中特別重要的熱標準。 在 BGA 中，內(nèi)插器走線配置的設計對于將熱量從管芯傳播到封裝焊球并傳導到 PCB 中很重要。
圖 3. RθJA 與引腳到焊盤距離的關系
四、環(huán)境溫度
環(huán)境溫度對對流傳熱和輻射傳熱有很大影響。 由于熱輻射隨溫度的 4 次方 (T4) 變化，因此隨著溫度升高，輻射傳熱顯著增強。 相反，對流傳熱會隨著溫度的升高而受到影響，因為在較高溫度下空氣密度較小。 一般來說，輻射的影響遠高于自由對流的影響。 TI 熱實驗室的實驗表明，在 0°C 至 100°C 的環(huán)境溫度之間測量時，RθJA 提高了約 10% 至 20%； 也就是說，100°C 環(huán)境下的 RθJA 比 0°C 環(huán)境下的 RθJA 低約 20%。
五、功耗
器件的表面溫度會導致封裝的對流和輻射能量損失。封裝表面變得越熱，對環(huán)境的對流和輻射熱損失就越有效。 因此，RθJA 隨著封裝功耗的增加而降低。 對于導致表面溫度升高最小的極低功耗，有時發(fā)現(xiàn) RθJA 比額定封裝功率水平高 2×–3 倍。
六、RθJA 影響
Theta-ja (RθJA) 是一個系統(tǒng)級參數(shù)，它強烈依賴于前面部分中描述的系統(tǒng)參數(shù)； 因此，有時定義 RθJA（有效）是有用的，它只是在感興趣的系統(tǒng)中運行的設備的 RθJA。 如果可以通過系統(tǒng)中的熱建?；驕y量來估算 RθJA(effective)，則可以使用公式 1 來計算結溫，假設系統(tǒng)上周圍組件的功率不變。 等式 1 變?yōu)椋?/p>
