Gambaran Keseluruhan Komprehensif Reka Bentuk Terma FPGA
Untuk sebarang cip berfungsi, ia mesti memenuhi julat suhu. Suhu ini merujuk kepada suhu pada cip silikon, yang biasanya dipanggil suhu simpang.
FPGA ALTERA terbahagi kepada dua jenis: gred komersial (komersial) dan gred perindustrian (induatrial). Julat suhu simpang cip gred komersial yang boleh berfungsi secara normal ialah 0~85 darjah Celsius, manakala julat cip gred industri ialah -40~100 darjah Celsius. Dalam litar sebenar, kita mesti memastikan bahawa suhu simpang cip berada dalam julat yang boleh diterima.
Apabila penggunaan kuasa cip meningkat, semakin banyak haba akan dijana semasa bekerja. Jika anda ingin mengekalkan suhu simpang cip dalam julat normal, anda perlu mengambil kaedah tertentu untuk menghilangkan haba yang dihasilkan oleh cip dengan cepat ke persekitaran.
Sesiapa yang pernah belajar fizik di sekolah menengah tahu bahawa terdapat tiga kaedah utama pemindahan haba, iaitu pengaliran, perolakan dan sinaran, dan kaedah ini juga digunakan oleh cip untuk menghilangkan haba ke luar.
Rajah di bawah menunjukkan model pelesapan haba cip yang dipermudahkan. Haba yang dijana oleh cip dalam rajah terutamanya dihantar ke bungkusan luar cip. Jika tiada sink haba yang dilampirkan, ia akan terus hilang dari cangkerang pakej cip ke alam sekitar; jika sink haba ditambah, haba akan dihantar dari bungkusan luar cip melalui pelekat sink haba. ke sink haba, dan kemudian ke persekitaran melalui sink haba. Secara umumnya, kawasan permukaan sink haba dibuat agak besar, dan permukaan sentuhan dengan udara adalah besar, yang sesuai untuk pemindahan haba. Telah didapati dalam amalan biasa bahawa kebanyakan sink haba adalah hitam, kerana objek hitam mudah memancarkan haba ke luar, yang juga kondusif kepada pelesapan haba ke luar. Dan lebih cepat kelajuan angin pada permukaan sink haba, lebih baik pelesapan haba.
Model aliran haba cip dipermudah
Di samping itu, sejumlah kecil haba dijalankan ke bola pateri cip melalui substrat cip, dan kemudian menghilangkan haba ke persekitaran melalui PCB. Oleh kerana bahagian bahagian haba ini agak kecil, bahagian ini diabaikan apabila membincangkan rintangan haba pakej cip dan sink haba di bawah.
Pertama sekali, kita perlu memahami konsep "rintangan haba". Rintangan terma menerangkan keupayaan objek untuk mengalirkan haba. Lebih kecil rintangan haba, lebih baik kekonduksian haba, dan sebaliknya. Ini agak serupa dengan konsep rintangan.
Daripada rintangan haba cip silikon cip ke persekitaran, dengan mengandaikan bahawa semua haba akhirnya hilang ke alam sekitar oleh sink haba, model rintangan haba mudah boleh diperolehi, seperti ditunjukkan dalam rajah di bawah:
Model penyejukan cip dengan sink haba
Jumlah rintangan haba dari acuan ke ambien dipanggil JA, jadi memenuhi:
JA=JC tambah CS tambah SA
JC merujuk kepada rintangan haba dari cip ke pakej luaran, yang biasanya disediakan oleh pembekal cip; CS merujuk kepada rintangan haba dari pakej luaran cip ke sink haba. Jika sink haba dilekatkan pada permukaan cip dengan pelekat konduktif terma, rintangan haba ini adalah untuk membimbing pelekat haba. Rintangan terma biasanya disediakan oleh pembekal pelekat konduktif terma; SA merujuk kepada rintangan haba dari sink haba ke persekitaran, yang biasanya diberikan oleh pengeluar sink haba. Rintangan haba ini berkurangan dengan peningkatan kelajuan angin, dan pengeluar biasanya Nilai rintangan haba pada kelajuan angin berbeza akan diberikan.
Bungkusan cip itu sendiri bertindak sebagai sink haba. Jika cip tidak mempunyai sink haba, JA ialah rintangan haba cip silikon kepada persekitaran selepas dibungkus. Nilai ini jelas lebih besar daripada nilai JA dengan sink haba. Nilai ini bergantung pada ciri-ciri pakej cip itu sendiri, dan biasanya disediakan oleh pengeluar cip.
Rajah di bawah menunjukkan rintangan haba pakej untuk peranti STRATIX IV ALTERA. Ia memberikan nilai JA cip pada pelbagai kelajuan angin, dan nilai ini boleh digunakan untuk mengira keadaan tanpa sink haba. Selain itu, JC digunakan untuk mengira jumlah nilai JA dengan sink haba.
Rintangan Terma bagi Pakej Peranti Stratix iv
Dengan mengandaikan bahawa kuasa yang digunakan oleh cip silikon ialah P, maka:
TJ(suhu simpang)=TA tambah P*JA
Adalah perlu untuk memenuhi bahawa TJ tidak boleh melebihi suhu simpang maksimum yang dibenarkan oleh cip, dan kemudian mengira keperluan maksimum yang dibenarkan untuk JA mengikut suhu ambien dan kuasa sebenar yang digunakan oleh cip.
JAMax=(TJMax - TA)/P TA(suhu ambien)
Jika JA pakej cip itu sendiri lebih besar daripada nilai ini, adalah perlu untuk mempertimbangkan untuk menambah peranti pelesapan haba yang sesuai pada cip untuk mengurangkan nilai JA berkesan dari cip ke persekitaran dan mengelakkan cip daripada terlalu panas.
Dalam sistem sebenar, sebahagian daripada haba juga akan hilang dari PCB. Jika PCB mempunyai banyak lapisan dan kawasan yang luas, ia juga sangat sesuai untuk pelesapan haba.
