目录
一、前言
二、热模型
三、结温计算
四、散热器计算
五、参考资料
一、前言
在功耗评估中，Vivado中report power流程以及XPE中都有关于environment的配置，该界面配置涉及到多个晦涩的概念，之前的文章中也对相关概念进行过翻译，但其中的关系未进行说明，本文主要是对其中的关系进行梳理，从实际应用的角度来理解这些名称。
二、热模型
先对一些基本概念定义进行解释
TJ – 结温，芯片工作的内部最大温度，单位为°C
TA – 环境温度，芯片工作的外围环境温度，单位为°C
TC –芯片封装的温度，大多数情况，采用主要的热流动路径并且代表了封装最热的部分
TB – 在最靠近测试部分中预定义位置的芯片板子温度，单位为°C
PD – 总的器件扩散功耗，即总的片上功耗，单位为W
TS – 散热器温度，单位为°C
θ – 热阻系数，当有热量在物体上传输时，在物体两端温度差与热源功率之间的比值。单位为开尔文每瓦特（K/W）或摄氏度每瓦特（℃/W）。
注意：在带有封装的芯片中，热量流动的方向是：芯片-》封装(board）/散热剂(case)-》散热器(heatsink)-》周围环境，以这个为前提容易理解下面的参数，A(ambient)为环境，B(board)为封装，C（case）为接接口材料或散热剂，S(heatsink)为散热器
θJA = 芯片内部到环境温度的热阻系数 (°C/W).
θJB = 芯片内部到PCB板的热阻，由芯片封装决定，固定的参数
θJC = 芯片内部到接口材料（可理解为芯片直接接触的散热剂）的热阻，由芯片封装决定，固定的参数
θCA = 接口材料到周围环境的热阻，与芯片外围空间大小，空气对流情况有关
θCS = 接口材料到散热器的热阻
θSA = 散热器到周围环境的热阻
1）θJA、θJB的计算公式如下
θJA = (TJ – TA)/PD
θJB = (TJ – TB)/PD
同理，结点温度=环境温度+(有效θJA*总的片上功耗），即TJ=TA+PD*θJA
芯片上的热量有下面两种路径流动到环境中，下面的路径中junction为芯片结点，到PCB板或Case，再到周围环境Ambient。
以下图芯片的简易热阻模型可知，θJAtop = θJCtop + θCS + θSA
下图是从封装模型角度来考虑，芯片Die是热源，散热可经过封装，再通过EP到达PCB。
三、结温计算
下面提供两个结温计算的场景来理解相关参数的关系
例子1
例如厂家的目标是结温TJmax不大于85°C，设计的工程环境温度TA最大为45°C，封装为FG456, θJA为16.5，θJC为2，设计的片上功耗PD为2W，由以上信息，可计算最大结温为
TJ = 45 + (16.5 x 2.0) = 78°C，小于85°C 符合要求
例子2
器件XCV400E的设计中TA最大为55°C，封装为PQ240，片上功耗PD为2.7W，要求最大结温小于100°C，下表是器件封装的环境温度热阻θJA数据
根据结温的计算公式TJ = Power x θJA + TA，要求TJ小于100°C，下面是使用不同热系数下的结温计算，可见在250LFM下满足要求
still air下：TJ = 55 + (17.9 x 2.70) = 103.33°C.
250LFM下：TJ = 55 + (13.2 x 2.70) = 90.64°C.
四、散热器计算
以器件 XCV1000E-FG680为例，假设要求是TA为50°C，用户评估的功耗为8W，TJmax为100°C。查找器件不同封装编码下的热系数θJA
以封装编号为Still air的计算TJ = TA + (θJA) x P=》TJ = 50 + 8 x 10.6 = 134.8°C,,Tj远大于100°C不符合要求；
换个计算思路，以TJ为100°C进行反推，热预算为100°C-50°C=50°C，
热系数θJA = (50)/8 = 6.25°C/watt，可知θJA最大为6.25，要符合要求必须小于等于6.25，根据上表中数据，可知封装编号为500LFM是符合要求的最大值。
在带有散热器的封装中，热量将先通过封装θJC，然后经过接口材料θCS，再是通过散热器θSA流动到周围空气中，因此θJA ≥ θJC + θCS + θSA，假设封装的热系数θJC为0.9°C/w，接口材料处的热系数 θCS为0.1°C/w，可得
6.25 ≥ 0.9+0.1+ θSA
=》θSA ≤ 5.25°C/w
因此需要查找散热器的散热系数小于5.25°C/w才符合要求
五、参考资料
《UG112_Device Package User Guide》
