首先，JEDEC (Joint Electron Tube Engineering Council) 的標準，與熱相關的標準主要有兩個
－JESD51系列：包括大多數IC等封裝的“熱”相關規格。 －JESD15系列：對模擬用的熱阻模型進行規格化。
IC 散熱以及 Thermal Resistance
上面介紹過熱量，溫度，比熱，thermal conductivity, thermal diffusivity. 此處順便提一下 IC 散熱常用的 thermal resistance [nelsonPackageThermal2018]. 另文再詳細介紹。
IC 和散熱分成幾個節點：
- Die 對應的是 $T_j$ , junction temperature: 熱源 (heat generator), 就是下圖淺藍色的 die 和紅色的 $T_j$.
- Package 對應的是 $T_c$ , IC top case temperature: 就是下圖灰色部分。這是散熱 path 1, 從 package 再散熱到 ambient (air) $T_a$.
- PC board 對應的是 $T_b$, PCB (surface) temperature: 就是下圖深藍色部分。這是散熱 path 2, 從 package (power/ground) balls 經 PCB traces, 最後在散熱到 ambient $T_a$.
可以定義如下的 (theta) 熱阻 (thermal resistance). 並利用熱源和熱阻組成的 ”熱路” 表示散熱的路徑如下。就如同電源和電阻組成電路的概念。
\[\begin{aligned} &\Theta_{\mathrm{JA}} : \text{Junction-to-Ambient Thermal Resistance}\\ &\Theta_{\mathrm{JB}} : \text{Junction-to-Board Thermal Resistance}\\ &\Theta_{\mathrm{JC}} : \text{Junction-to-Case Thermal Resistance}\\ \end{aligned}\]
我們看一些 package 的 thermal resistance 的例子。就是 1W power 會造成溫度上升幾度。愈大就代表阻值愈大。
From [mengThermalModel2013] and [parkAccuratePrediction2018], 我們可以 model thermal flow as first order RC network.
這似乎和 “thermal resistance” 的概念相抵觸。因爲 resistor 是 instant response, 沒有 time constant 的概念。
Time constant 是由 RC network 構成。但是我們有 thermal capacitance?
It turn out 在電路理論，我們假設 quasi-static condition, 也就是 circuit dimension « operating wavelength. 所以可以假設 resistance 是 instant. 但是在 thermal network, 因爲 thermal spread speed 遠小於光速。因此會有 time constant 反應時間。而當使用 finite element method (FEM) 解 heat PDE 時，可以用 first order RC network with thermal resistor and thermal capacitor 得到。
Reference
首先，JEDEC (Joint Electron Tube Engineering Council) 的標準，與熱相關的標準主要有兩個
－JESD51系列：包括大多數IC等封裝的“熱”相關規格。 －JESD15系列：對模擬用的熱阻模型進行規格化。