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技術專題
穩(wěn)態(tài)熱分析在功率半導體器件
在電子領域，特別是在PCBA領域，熱條件對于設備的生命周期，性能和功能至關重要。環(huán)境條件通常會影響設計人員在PCB上布局其組件的方法。
如此強調(diào)電子領域的熱條件，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，這是我們將要重點關注的。
什么是穩(wěn)態(tài)？
在物理學領域中，穩(wěn)態(tài)是不隨時間變化的穩(wěn)定狀態(tài)，或者是一個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)。在化學中，穩(wěn)態(tài)是指盡管進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）對半導體器件的不利影響。
小型化的需要加劇了這些條件，因為它涉及到以較小的距離安裝功率半導體，從而利用了相同的散熱器。
什么是功率半導體器件？
當半導體器件在電力電子應用中用作整流器或開關時，稱為功率半導體器件。功率半導體器件的典型示例是開關模式電源。我們稱這種性質的設備為功率設備或功率IC（如果用于集成電路中）。
通常，功率半導體器件在換向模式下使用，因此其設計優(yōu)化了這種特定的使用類型。我們發(fā)現(xiàn)功率半導體器件的系統(tǒng)提供的功率范圍從幾十毫瓦到幾千兆瓦不等。這包括典型的一對藍牙耳機以及HVDC（高壓直流）傳輸線中的音頻放大器之類的設備。
注意：換向是關閉導電晶閘管的過程。通常，有兩種類型的換向：基于電壓的和基于電流的。還有三種實現(xiàn)換向的方法：自然，強制和動態(tài)。
穩(wěn)態(tài)熱分析
我們將穩(wěn)態(tài)熱分析定義為對物質性質處于恒定溫度的變化的分析。這種性質的分析對于訪問功率半導體器件的正確工作參數(shù)至關重要。
在電子領域，結溫達到足夠高的值時，半導體器件會受到不利影響，這可能導致熔化和熱失控。
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)熱分析對于確定在恒定熱量供應下設備中的熱流量，溫度，熱通量以及熱梯度至關重要。穩(wěn)態(tài)熱分析利用熱源，例如輻射，對流和連續(xù)溫度邊界。總而言之，這種類型的分析在繪制為時間的函數(shù)時會提供線性圖。
熱量對半導體器件的負面影響
半導體技術的進步是幾乎所有電子設備不斷小型化的代名詞。唯一真正的例外是智能手機，對于僅幾英寸大的類似型號，智能手機要求溢價。
但是，無論設備的尺寸參數(shù)如何，減輕過熱仍然是重中之重。對于半導體，尤其如此，這在其制造商規(guī)定的最高結溫下很明顯。這些參數(shù)提供了控制可接受的工作條件的溫度閾值。
這證明了測量功率半導體器件（包括晶閘管，功率MOSFET，IGBT和功率二極管等應用）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)所應用的對流條件，指定的溫度或兩者來計算對熱負荷的熱響應。穩(wěn)態(tài)熱分析假定所有邊界條件和熱負荷均為穩(wěn)態(tài)。但是，穩(wěn)態(tài)分析不能評估這些隨時間的變化。
換句話說，穩(wěn)態(tài)熱分析可以分析熱量對特定產(chǎn)品性能的影響。它研究了溫度變化對材料性能的影響。了解這些結果可使公司預測產(chǎn)品性能行為，延長產(chǎn)品生命周期并改善其設計。這也使公司能夠制造出更堅固，更能抵抗高溫影響的產(chǎn)品。
熱分析是材料科學的一個分支，對降低系統(tǒng)及其組件與溫度相關的熱風險的方式提供了深入的了解。在PCBA領域，過度的熱應力是影響性能，功能和生命周期的重要問題之一。因此，需要適當?shù)臒嵩u估來確定溫度梯度，溫度分布以及設備與其環(huán)境之間的熱流或交換。
通過更好的設計和組件選擇來降低熱量的重要性在PCBA領域至關重要。受熱影響PCBA的設計，性能，功能和生命周期的影響，穩(wěn)態(tài)熱分析是至關重要的評估。它為公司提供的見解使他們能夠制造出更適合其預期環(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。
使用萬用表評估功率半導體測量
值得慶幸的是，在我們的PCB設計和分析概述頁上，您將確保您的設計師和生產(chǎn)團隊共同努力，實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)熱分析的使用，以評估貴公司在極端溫度條件下的產(chǎn)品性能。