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技術專題
穩態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態熱分析，這是我們將要重點關注的。
什么是穩態？
在物理學領域中，穩態是不隨時間變化的穩定狀態，或者是一個方向的變化被另一方向的變化連續平衡的穩定狀態。在化學中，穩態是指盡管進行中的過程試圖更改它們，但所有狀態變量都是恒定的情況。
討論中的字段或區域可能會更改，但是穩態的定義保持不變。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，因此其設計優化了這種特定的使用類型。我們發現功率半導體器件的系統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。還有三種實現換向的方法：自然，強制和動態。
穩態熱分析
我們將穩態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。
穩態熱分析是瞬態熱分析的最后一步。此外，穩態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。穩態熱分析利用熱源，例如輻射，對流和連續溫度邊界。總而言之，這種類型的分析在繪制為時間的函數時會提供線性圖。
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，這在其制造商規定的最高結溫下很明顯。這些參數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。
穩態熱分析的目的
穩態熱分析的總體目的是根據所應用的對流條件，指定的溫度或兩者來計算對熱負荷的熱響應。穩態熱分析假定所有邊界條件和熱負荷均為穩態。但是，穩態分析不能評估這些隨時間的變化。
換句話說，穩態熱分析可以分析熱量對特定產品性能的影響。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品性能行為，延長產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品。
熱分析是材料科學的一個分支，對降低系統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，需要適當的熱評估來確定溫度梯度，溫度分布以及設備與其環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，穩態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境的更好的產品。反過來，這降低了成本并增加了產品的生命周期。
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團隊共同努力，實現穩態熱分析的使用，以評估貴公司在極端溫度條件下的產品性能。