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焦耳热效应对pcb和ic的影响

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作者Cadence PCB解决方案

关键的外卖

  • 焦耳热效应可以描述为在导体、PCB线或集成电路中的互连中以热能形式的功率损失。
  • 一旦由于焦耳加热而达到PCB和IC的热极限，电流约束就会施加在器件或板上。
  • 集成电路中的焦耳热效应会增加封装中的直流压降或直流红外压降。

pcb中的焦耳热效应

小型化趋势加剧了印刷电路板(pcb)和集成芯片(ic)的加热问题。

小型化趋势加剧了印刷电路板(pcb)和集成芯片(ic)的加热问题。PCB和IC制造中采用的高密度封装对其性能有显著影响。焦耳加热效应对电路板和集成电路的电学和热性能提出了挑战。在焦耳热效应的影响下，PCB的可靠性下降。设计师必须考虑焦耳热效应在设计电路板和集成电路时考虑。

pcb热设计的挑战

随着设计变得越来越复杂，PCB热设计提出了巨大的挑战。在设计阶段，不应对电路板上的温度分布进行假设。电路板的可靠性和完整性会受到由于自热或其他要求设计精度的现象而导致的温度升高的影响。为了更好地实现电路板的可靠性和完整性，需要考虑PDN (power delivery network)中的层数、PCB的导热性、元器件功耗和温度分布等因素。

焦耳热效应

焦耳热效应可以描述为功率损失，其形式是热能在导体、PCB走线或集成电路中的互连中。当导体因焦耳热效应而受热时，温度、电阻率和电流密度都会增加。实际上，它变成了一个累积的过程，在这个过程中，自加热增加了电流密度和温度等其他量。随后，焦耳热效应进一步增加。

焦耳加热效应也称为欧姆加热、自加热或电阻加热。是材料的电阻以热的形式产生功率损失，因此称为欧姆或电阻性加热。的焦耳热效应的数学表达式是:

H =我2Rt

H是产生的热能，单位是焦耳，I是流过导体的电流，单位是安培。R是电阻，单位是欧姆，是电流流过导体的时间，单位是秒。

电力输送网络

印刷电路板和集成电路中的功率传输网络(pdn)受到焦耳热效应的不利影响。随着PDN电流密度的增大，散热也随之增大。pdn被加热并将这种热量传播到电路板和IC的其他部分。一旦由于焦耳加热而达到PCB和IC的热极限，设备或电路板上就会施加电流限制。

PCB pdn中的焦耳加热可以通过施加电流约束来影响电性能。当PDN线在焦耳加热作用下达到介电基板的玻璃化转变温度时，会影响板的结构完整性。在这种情况下，PCB或IC封装的结构会退化。

ICs

随着IC制造技术的小型化，器件发生了两个变化:

  1. 电源电压降低
  2. 功率密度增加

这些变化严重影响热力性能集成电路中互连点的电阻与温度有关。电子流使温度升高，最终导致焦耳热效应。

集成电路中的焦耳热效应增加了封装中的直流压降或直流红外压降。它还会影响互连、电力输送网络和内部组件的特性。在焦耳热效应的影响下，集成电路的整体性能特征发生了改变，并且观察到电迁移引起的问题增加。

考虑到pcb和ic的电、热和机械可靠性，在设计阶段考虑焦耳加热效应是很重要的。根据实际的热挑战设计电路板和封装中的热管理系统有助于提高整体性能。

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