利用熱分析預測IC的瞬態(tài)效應并避免過(guò)熱

　　電容電壓與管芯、環(huán)氧樹(shù)脂和封裝的溫度直接相關(guān)。任何SPICE工具包均可方便地仿真RC電路。若已知具體芯片模型的R1、R2、R3、C1、C2和C3的適當參數，即可對該電路進(jìn)行仿真，并直接以電容C1電壓的形式讀取管芯溫度。

圖4. 該RC網(wǎng)絡(luò )用于仿真內部產(chǎn)生熱量時(shí)芯片的瞬態(tài)熱特性。

　　現在，我們可以確定具體芯片的無(wú)源元件值(R1、R2、R3、C1、C2和C3)。通過(guò)測量管芯最終的穩態(tài)溫度，利用式5 (以下改寫(xiě)為式25)得到系統的熱阻(θJA)：

(式25)

　　其中：TJ為管芯的穩態(tài)結溫；TA為環(huán)境溫度；PG為管芯的耗散功率。

　　工作在與式25相同的耗散功率(PG)下，從時(shí)間0開(kāi)始，不同時(shí)間測量的管芯溫度可以構成反映管芯瞬時(shí)溫度變化的一組數據。然后，根據以下約束條件，對于實(shí)測數據進(jìn)行曲線(xiàn)擬合，可以確定R1、R2、R3、C1、C2和C3值。

(式26)

　　測量管芯溫度

　　有幾種測量集成電路管芯溫度的方法3。這里，我們將采用ESD二極管正向壓降測量法確定芯片溫度，因為這一方法簡(jiǎn)單且不會(huì )引入大的誤差。但是，為了保證測量誤差在可以接受的范圍內，需要針對具體芯片謹慎選擇管芯溫度的測量技術(shù)。實(shí)踐證明，遵循以下原則非常關(guān)鍵3。

　　1.確保選擇用于測量的ESD二極管沒(méi)有很大的寄生電阻，也不會(huì )流過(guò)大電流，以免造成二極管壓降讀數偏差。最好與IC制造商討論確定內部焊線(xiàn)和金屬電阻的最大估算值。

　　2.還要確定ESD二極管接近芯片熱源或處于實(shí)際考慮管芯溫度的區域內。這種配置能夠更好地估算溫度，獲得更準確的結果。

　　3.若選擇FET的導通電阻估算溫度指示，請確保FET在測試溫度下完全導通，并處于最小壓降

利用ESD二極管正向壓降進(jìn)行測量時(shí)，需要芯片上的二極管作用了正向偏壓，對其電壓進(jìn)行測量。大多數芯片很容易做到這點(diǎn)，將ESD二極管連接在引腳與電源電壓之間即可。因為實(shí)測數據為二極管壓降，還必須考慮二極管電壓與溫度之間的關(guān)系式4。

圖5. 固定電流偏置下，二極管正向壓降隨溫度的變化關(guān)系。

　　二極管電壓以接近恒定的斜率下降，偏差可以忽略不計。如果繪制隨溫度變化的曲線(xiàn)，可以得到類(lèi)似于圖5的結果。圖5中，TA為環(huán)境溫度，VDA為環(huán)境溫度下的二極管電壓，由此，我們得到曲線(xiàn)上的一個(gè)點(diǎn)及斜率。在溫控爐內不同溫度點(diǎn)對二極管電壓進(jìn)行測量，即可得到斜率?；虿捎靡粋€(gè)常見(jiàn)數值：2mV/°K，該值在各種二極管電流范圍都有效，誤差很小4。這些數值同樣適用其它芯片，但出于準確度的考慮，最好測量對應于二極管偏置電流的斜率。至此，可以利用二級管電壓表示任何溫度：

　　為了恰當地將RC網(wǎng)絡(luò )用于實(shí)測二極管電壓瞬態(tài)數據的曲線(xiàn)擬合，我們只需將電流源的幅值設置為：IS = sPG (式33)

　　由于s 0，通過(guò)將電流源反向并將其幅值設置為|sPG|即可實(shí)現式33。

　　RC網(wǎng)絡(luò )的實(shí)驗測定和驗證