Alhliða yfirlit yfir FPGA hitauppstreymi

    Til þess að einhver flís virki verður hún að uppfylla hitastig. Þetta hitastig vísar til hitastigsins á kísilflögunni, sem venjulega er kallað tengihitastig.
FPGA frá ALTERA er skipt í tvær gerðir: viðskiptaflokkur (auglýsing) og iðnaðarflokkur (induatrial). Hitastigssvið mótaflísa í atvinnuskyni sem geta virkað venjulega er 0~85 gráður á Celsíus, en svið iðnaðarflaga er -40~100 gráður á Celsíus. Í raunverulegu hringrásinni verðum við að tryggja að mótshitastig flísarinnar sé innan viðunandi sviðs þess.

Eftir því sem orkunotkun flíssins eykst mun meiri og meiri hiti myndast við vinnu. Ef þú vilt halda mótshitastigi flísarinnar innan eðlilegra marka þarftu að nota ákveðnar aðferðir til að dreifa hitanum sem myndast af flísinni fljótt út í umhverfið.
Allir sem hafa lagt stund á eðlisfræði í gagnfræðaskóla vita að það eru þrjár meginaðferðir við varmaflutning, það er leiðni, varmaleiðsla og geislun, og þessar aðferðir eru líka notaðar af flögum til að dreifa hita út á við.
Myndin hér að neðan sýnir einfaldað líkan af hitaleiðni flísar. Hitinn sem myndast af flísinni á myndinni er aðallega sendur til ytri pakkans flísarinnar. Ef það er enginn hitavaskur festur, mun hann dreifast beint frá flíspakkansskelinni til umhverfisins; ef hitavaski er bætt við mun hitinn berast frá ytri pakkningunni á flögunni í gegnum hitastigslímið. í hitavaskinn og síðan í umhverfið í gegnum hitavaskinn. Almennt séð er yfirborð hitavasksins gert nokkuð stórt og snertiflöturinn við loftið er stór, sem stuðlar að hitaflutningi. Það hefur komið í ljós í venjulegum æfingum að flestir hitakössarnir eru svartir, vegna þess að svartir hlutir eiga auðvelt með að geisla varma út á við, sem einnig stuðlar að útbreiðslu varma. Og því hraðari sem vindhraðinn er á yfirborði hitastigsins, því betri er hitaleiðni.

Einfölduð flís hitaflæðislíkan
Að auki er lítið magn af hita leitt til lóðakúla flísarinnar í gegnum flísundirlagið og dreifir síðan hitanum til umhverfisins í gegnum PCB. Þar sem hlutfall þessa hluta hita er tiltölulega lítið, er þessi hluti hunsaður þegar rætt er um hitauppstreymi flíspakkans og hitaupptökunnar hér að neðan.

Fyrst af öllu þurfum við að skilja hugtakið "hitaþol". Hitaviðnám lýsir getu hlutar til að leiða hita. Því minni sem varmaviðnámið er, því betri varmaleiðni og öfugt. Þetta er nokkuð svipað og viðnámshugtakið.

Frá hitauppstreymi kísilflögunnar í flísinni við umhverfið, að því gefnu að allur hitinn sé loksins dreifður út í umhverfið með hitavaskinum, er hægt að fá einfalt hitaþolslíkan eins og sýnt er á myndinni hér að neðan:

Flískælilíkan með hitavaski
Heildarhitaviðnám frá mótun til umhverfis er kallað JA, uppfyllir því:
JA=JC plús CS plús SA
JC vísar til hitauppstreymisviðnáms frá flísinni til ytri pakkans, sem almennt er veitt af flísaranum; CS vísar til hitauppstreymis frá ytri pakkningu flísarinnar að hitavaskinum. Ef hitavaskurinn er festur við yfirborð flísarinnar með hitaleiðandi lími, er þetta hitauppstreymi til að leiðbeina varma límið. Hitaþol er almennt veitt af birgir hitaleiðandi líms; SA vísar til hitauppstreymis frá hitavaskinum til umhverfisins, sem er almennt gefið upp af hitaskápsframleiðandanum. Þessi hitaviðnám minnkar með auknum vindhraða og framleiðandinn venjulega gefin upp hitaviðnámsgildin við mismunandi vindhraða.
Pakkinn af flísinni sjálfri virkar sem hitauppsláttur. Ef kubburinn er ekki með hitaupptöku er JA hitaþol kísilflögunnar fyrir umhverfinu eftir að hafa verið pakkað. Þetta gildi er augljóslega hærra en JA gildið með hitaupptöku. Þetta gildi fer eftir eiginleikum pakkans á flísinni sjálfu og er almennt veitt af flísframleiðandanum.
Myndin hér að neðan sýnir hitauppstreymi pakkans fyrir STRATIX IV tæki ALTERA. Það gefur JA-gildi flísarinnar við mismunandi vindhraða og hægt er að nota þessi gildi til að reikna út ástandið án hitaupptöku. Að auki er JC notað til að reikna út heildar JA gildi með hitaupptöku.

Hitaþol Stratix iv tækjapakka
Að því gefnu að krafturinn sem kísilflísinn notar sé P, þá:
TJ(móthitastig)=TA plús P*JA
Nauðsynlegt er að fullvissa sig um að TJ getur ekki farið yfir hámarkshitastig mótamótanna sem flísinn leyfir og reikna síðan út leyfilega hámarksþörf fyrir JA í samræmi við umhverfishitastig og raunverulegt afl sem flísinn notar.
JAMax=(TJMax - TA)/P TA(umhverfishiti)
Ef JA á flíspakkanum sjálfum er meira en þetta gildi er nauðsynlegt að huga að því að bæta viðeigandi hitaleiðnibúnaði við flísina til að draga úr virku JA gildi frá flísinni til umhverfisins og koma í veg fyrir að flísinn ofhitni.
Í raunverulegu kerfi mun hluti af hitanum einnig losna frá PCB. Ef PCB hefur mörg lög og stórt svæði, er það einnig mjög stuðlað að hitaleiðni.