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技術(shù)專題
穩(wěn)態(tài)熱分析在功率半導(dǎo)體器件
在電子領(lǐng)域，特別是在PCBA領(lǐng)域，熱條件對(duì)于設(shè)備的生命周期，性能和功能至關(guān)重要。環(huán)境條件通常會(huì)影響設(shè)計(jì)人員在PCB上布局其組件的方法。
如此強(qiáng)調(diào)電子領(lǐng)域的熱條件，邏輯上必須保證特定類型的熱分析。一種這樣的分析形式稱為穩(wěn)態(tài)熱分析，這是我們將要重點(diǎn)關(guān)注的。
什么是穩(wěn)態(tài)？
在物理學(xué)領(lǐng)域中，穩(wěn)態(tài)是不隨時(shí)間變化的穩(wěn)定狀態(tài)，或者是一個(gè)方向的變化被另一方向的變化連續(xù)平衡的穩(wěn)定狀態(tài)。在化學(xué)中，穩(wěn)態(tài)是指盡管進(jìn)行中的過程試圖更改它們，但所有狀態(tài)變量都是恒定的情況。
討論中的字段或區(qū)域可能會(huì)更改，但是穩(wěn)態(tài)的定義保持不變。仍然保持不變的是熱條件（即高溫）對(duì)半導(dǎo)體器件的不利影響。
小型化的需要加劇了這些條件，因?yàn)樗婕暗揭暂^小的距離安裝功率半導(dǎo)體，從而利用了相同的散熱器。
什么是功率半導(dǎo)體器件？
當(dāng)半導(dǎo)體器件在電力電子應(yīng)用中用作整流器或開關(guān)時(shí)，稱為功率半導(dǎo)體器件。功率半導(dǎo)體器件的典型示例是開關(guān)模式電源。我們稱這種性質(zhì)的設(shè)備為功率設(shè)備或功率IC（如果用于集成電路中）。
通常，功率半導(dǎo)體器件在換向模式下使用，因此其設(shè)計(jì)優(yōu)化了這種特定的使用類型。我們發(fā)現(xiàn)功率半導(dǎo)體器件的系統(tǒng)提供的功率范圍從幾十毫瓦到幾千兆瓦不等。這包括典型的一對(duì)藍(lán)牙耳機(jī)以及HVDC（高壓直流）傳輸線中的音頻放大器之類的設(shè)備。
注意：換向是關(guān)閉導(dǎo)電晶閘管的過程。通常，有兩種類型的換向：基于電壓的和基于電流的。還有三種實(shí)現(xiàn)換向的方法：自然，強(qiáng)制和動(dòng)態(tài)。
穩(wěn)態(tài)熱分析
我們將穩(wěn)態(tài)熱分析定義為對(duì)物質(zhì)性質(zhì)處于恒定溫度的變化的分析。這種性質(zhì)的分析對(duì)于訪問功率半導(dǎo)體器件的正確工作參數(shù)至關(guān)重要。
在電子領(lǐng)域，結(jié)溫達(dá)到足夠高的值時(shí)，半導(dǎo)體器件會(huì)受到不利影響，這可能導(dǎo)致熔化和熱失控。
穩(wěn)態(tài)熱分析是瞬態(tài)熱分析的最后一步。此外，穩(wěn)態(tài)熱分析對(duì)于確定在恒定熱量供應(yīng)下設(shè)備中的熱流量，溫度，熱通量以及熱梯度至關(guān)重要。穩(wěn)態(tài)熱分析利用熱源，例如輻射，對(duì)流和連續(xù)溫度邊界。總而言之，這種類型的分析在繪制為時(shí)間的函數(shù)時(shí)會(huì)提供線性圖。
熱量對(duì)半導(dǎo)體器件的負(fù)面影響
半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步是幾乎所有電子設(shè)備不斷小型化的代名詞。唯一真正的例外是智能手機(jī)，對(duì)于僅幾英寸大的類似型號(hào)，智能手機(jī)要求溢價(jià)。
但是，無論設(shè)備的尺寸參數(shù)如何，減輕過熱仍然是重中之重。對(duì)于半導(dǎo)體，尤其如此，這在其制造商規(guī)定的最高結(jié)溫下很明顯。這些參數(shù)提供了控制可接受的工作條件的溫度閾值。
這證明了測(cè)量功率半導(dǎo)體器件（包括晶閘管，功率MOSFET，IGBT和功率二極管等應(yīng)用）的工作溫度的重要性。
穩(wěn)態(tài)熱分析的目的
穩(wěn)態(tài)熱分析的總體目的是根據(jù)所應(yīng)用的對(duì)流條件，指定的溫度或兩者來計(jì)算對(duì)熱負(fù)荷的熱響應(yīng)。穩(wěn)態(tài)熱分析假定所有邊界條件和熱負(fù)荷均為穩(wěn)態(tài)。但是，穩(wěn)態(tài)分析不能評(píng)估這些隨時(shí)間的變化。
換句話說，穩(wěn)態(tài)熱分析可以分析熱量對(duì)特定產(chǎn)品性能的影響。它研究了溫度變化對(duì)材料性能的影響。了解這些結(jié)果可使公司預(yù)測(cè)產(chǎn)品性能行為，延長(zhǎng)產(chǎn)品生命周期并改善其設(shè)計(jì)。這也使公司能夠制造出更堅(jiān)固，更能抵抗高溫影響的產(chǎn)品。
熱分析是材料科學(xué)的一個(gè)分支，對(duì)降低系統(tǒng)及其組件與溫度相關(guān)的熱風(fēng)險(xiǎn)的方式提供了深入的了解。在PCBA領(lǐng)域，過度的熱應(yīng)力是影響性能，功能和生命周期的重要問題之一。因此，需要適當(dāng)?shù)臒嵩u(píng)估來確定溫度梯度，溫度分布以及設(shè)備與其環(huán)境之間的熱流或交換。
通過更好的設(shè)計(jì)和組件選擇來降低熱量的重要性在PCBA領(lǐng)域至關(guān)重要。受熱影響PCBA的設(shè)計(jì)，性能，功能和生命周期的影響，穩(wěn)態(tài)熱分析是至關(guān)重要的評(píng)估。它為公司提供的見解使他們能夠制造出更適合其預(yù)期環(huán)境的更好的產(chǎn)品。反過來，這降低了成本并增加了產(chǎn)品的生命周期。
使用萬用表評(píng)估功率半導(dǎo)體測(cè)量
值得慶幸的是，在我們的PCB設(shè)計(jì)和分析概述頁(yè)上，您將確保您的設(shè)計(jì)師和生產(chǎn)團(tuán)隊(duì)共同努力，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)熱分析的使用，以評(píng)估貴公司在極端溫度條件下的產(chǎn)品性能。