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随着家庭、办公室和车辆中高功率电子設备应用的持续成长，推动着走向新材料和更高效率电源部件的发展趋势。电子設备中电源密度的急剧成长，使得不断缩小的体积已经导致了更多的过热问题。简单来说，这些更热、更高密度的电源PCB板需要更强大、更可靠的热管理。
高功率、高温的应用带来了对高功率电子系统更大的需求，也导致了部件因长期暴露在各种恶劣环境中出现故障，从而引起潜在的多种严重过热问题的可能性。因此，现在大多数工业电子和消费电子装置中采用了热保护部件，以提高可靠性和安全性。
在进行热管理設计时，这些电阻和电容负载、功率电容、电流驱动器、开关、继电器和场效晶体所产生的热量为工程师带来了重大的挑战。IGBTs具有类似场效晶体的开关特性，而且高电流、高电压的双极晶体管(BJTs)也常常是发热部件，它可以在诸如机车牵引电动机和混合动力车辆的开关电源(SMPS)、高压电源和开关应用中发现。
提高功率部件性能、使用散热更加均匀的設计技术、以及使用新的散热片材料是建议可用于增强热管理性能的一些解决方案。不过，许多設计者目前仍依赖二级保护部件来阻止因功率部件故障或腐蚀导致过热而产生的热失控。
有些技术，可以設计在过热事件发生时保护产品的应用和用户，当功率部件温度热到其额定跳闸温度时会将电流中断。最常见的方法是使用热熔保险丝／热切断(TCO)或者热开关；两种部件为設计工程师在直流和交流应用中都提供了广泛和特定的温度启动特性。它们的外观和安装包括螺栓型、夹子安装座、引接线和插件型等格式，这些形状在設计和制造工艺引起复杂的情况，并需要小心处理程序，以保证保护部件在组装过程中不被损坏。
因为越来越多的印刷电路板(PCB)只使用表面黏着部件(SMD)，而使用通孔部件则意味着需要专门的安装工艺和更高的成本。此外，标准部件可能无法提供工业应用所需的坚固性和可靠性；而且经过认证，能够用于汽车和工业环境的部件，都须经过了完整的测试，以满足严格的冲击和振动规范要求。
新的可回流焊热保护(RTP)表面黏着部件，有助于防止功率电子部件故障所引起的热损坏。该部件有助于防止由12R发热特性的电阻性短路所造成的损坏，以及短路过流情况。此部件可以使用标准的无铅回流焊工艺，并可以代替在汽车和工业电子設计中普遍使用的各种冗余功率场效应晶体管、继电器及大量的热量传感器。
功率场效晶体的二次保护
尽管各种功率场效晶体越来越耐用，但是超出其额定值后它们很容易非常快地出现故障。如果超过功率场效晶体的最大工作电压，那么它就会被崩溃击穿。如果瞬态电压所包含的能量高于额定雪崩击穿能量水平，那么该部件将损坏；并形成破坏性热事件，最终可能导致部件冒烟、起火或者脱焊。
与那些安装在相对温和应用中的部件相比，汽车和工业功率场效晶体更容易出现疲损和故障。透过比较一段时间内的功率场效应晶体故障率数据，我们发现用于严苛环境中的部件的百万分率故障率更高。在实地使用5年后，这种差距可达10倍以上。
尽管一个功率场效晶体可能通过了最初测试，但是实验证明在某些条件下，该部件中的随机薄弱环节可能导致其在现场应用出现故障。即使功率场效晶体在规定工作条件中运行的情况下，也发现过因电阻值变化而出现随机、不可预测的阻性短路。
阻性模式故障尤其值得关注，这不仅仅是对于功率场效晶体而言，对于印制电路板也一样。仅仅10W的功率就可能产生温度在180℃以上的局部热点，远远高于135℃印制电路板的典型玻璃化转变温度，其可造成电路板的环氧结构损坏，并产生热事件。
图1说明了一个出现故障的功率场效晶体可能并不会产生完全短路的过流情况，而是产生阻性短路，因此透过12R发热造成不安全的温度。在这种情况下，所形成的电流可能并没有高到使一个标准保险丝熔断，并阻止印制电路板上的热失控。
当某个功率部件故障或电路板缺陷形成不安全的过温情况时，一款二次保护部件将可用于中断电流，并防止热失控情况的发生。如图2所示，当RTP部件在场效晶体附近的电源在线串联时，它会追踪场效晶体温度，并在缓慢的热失控情况在电路板上形成非期待的过热情况之前断开电路。
工作原理
为了使其在实际应用中于200℃时断开电路，RTP部件使用了一种一次性电子启动程序以使其具有热敏特征。在启动前，RTP部件能进行三次无铅焊料回流焊而不会断开电路。进行电子启动的时机由用户决定，可在系统上电或系统测试时自动进行。
RTP部件的200℃开路温度，能够有助于防止假启动，并提高系统的可靠性，因为200℃是一个高于大部分电子部件正常工作温度范围的值，同时却又低于常见无铅焊料的熔点。因此，周围的其它部件在各自的额定温度范围内工作时，RTP部件将不会断开；但在部件脱开焊接并带来额外短路的潜在危险之前，它将断开。
安装建议
RTP部件和热源之间的热传导性主要取决于PCB的布局、散热片结构以及周围相关元部件的設计布置。当使用于一块四层的PCB上时，与潜在的热源紧密热接触是实现期望的性能的关键点。这时RTP部件的PTH针脚必须与主要的热针脚或功率场效晶体的散热片或保护部件分享同一个铜焊接面。
为达到最优的热耦合，电路板布线建议如图3所示及以下所述：
·RTP部件的PTH板必须安装在尽量靠近功率效管功率场效晶体散热片的地方
·尽量用一根厚而宽的铜线路将PTH的接触面连接到场效晶体散热器
·其它铜线层不应直接置于PTH接触面下面，如可能，把其它铜线层拉开远离RTP组件的PTH面。这些其他铜线层将分散RTP的热量并减低其热敏感度。
·尽量将顶层的“冷却”线路远离RTP部件的PTH的接触面
在一个绝缘金属基底(IMS)层設计中，弹性将随着热传导提升而更受关注。在高功率、高密度設计中，RTP部件可以安装在离功率元部件10cm远的位置，如图4所示。
图5显示在一个IMS结构上RTP部件被安装在高功率场效晶体10cm处时的性能，即使两个部件之间的有10cm的距离，失效的场效晶体和RTP部件之间的热梯度大约为40℃。
总结
RTP部件可帮助汽车功率电子系统满足可靠性要求，其应用包括冷却扇、ABS、电动助力转向模块、DC／DC转换器和PTC加热片等。该部件也可保护IT服务器、通信电源、LED照明系统以及电器中的功率部件。
使用工业标准的贴片和无铅回流焊設备可以快速方便地安装这种表面黏着部件，并且这种部件可以承受峰值温度远超200℃的多次回流焊工艺。在实际应用中，当检测到温度超过200℃时，它就会切断电流。
RTP的热敏特征是非常有用的，因为在某些情况下，故障功率部件并不会形成完全短路的过流条件，而是形成不会导致传统熔丝熔断的阻性短路。此类事件实际上还可能降低负载电流，但仍会产生不安全的热失控情况。RTP部件可防止因硬短路和阻性短路情形而造成的损坏。
高功率、高温的应用带来了对高功率电子系统更大的需求，也导致了部件因长期暴露在各种恶劣环境中出现故障，从而引起潜在的多种严重过热问题的可能性。因此，现在大多数工业电子和消费电子装置中采用了热保护部件，以提高可靠性和安全性。
在进行热管理設计时，这些电阻和电容负载、功率电容、电流驱动器、开关、继电器和场效晶体所产生的热量为工程师带来了重大的挑战。IGBTs具有类似场效晶体的开关特性，而且高电流、高电压的双极晶体管(BJTs)也常常是发热部件，它可以在诸如机车牵引电动机和混合动力车辆的开关电源(SMPS)、高压电源和开关应用中发现。
提高功率部件性能、使用散热更加均匀的設计技术、以及使用新的散热片材料是建议可用于增强热管理性能的一些解决方案。不过，许多設计者目前仍依赖二级保护部件来阻止因功率部件故障或腐蚀导致过热而产生的热失控。
有些技术，可以設计在过热事件发生时保护产品的应用和用户，当功率部件温度热到其额定跳闸温度时会将电流中断。最常见的方法是使用热熔保险丝／热切断(TCO)或者热开关；两种部件为設计工程师在直流和交流应用中都提供了广泛和特定的温度启动特性。它们的外观和安装包括螺栓型、夹子安装座、引接线和插件型等格式，这些形状在設计和制造工艺引起复杂的情况，并需要小心处理程序，以保证保护部件在组装过程中不被损坏。
因为越来越多的印刷电路板(PCB)只使用表面黏着部件(SMD)，而使用通孔部件则意味着需要专门的安装工艺和更高的成本。此外，标准部件可能无法提供工业应用所需的坚固性和可靠性；而且经过认证，能够用于汽车和工业环境的部件，都须经过了完整的测试，以满足严格的冲击和振动规范要求。
新的可回流焊热保护(RTP)表面黏着部件，有助于防止功率电子部件故障所引起的热损坏。该部件有助于防止由12R发热特性的电阻性短路所造成的损坏，以及短路过流情况。此部件可以使用标准的无铅回流焊工艺，并可以代替在汽车和工业电子設计中普遍使用的各种冗余功率场效应晶体管、继电器及大量的热量传感器。
功率场效晶体的二次保护
尽管各种功率场效晶体越来越耐用，但是超出其额定值后它们很容易非常快地出现故障。如果超过功率场效晶体的最大工作电压，那么它就会被崩溃击穿。如果瞬态电压所包含的能量高于额定雪崩击穿能量水平，那么该部件将损坏；并形成破坏性热事件，最终可能导致部件冒烟、起火或者脱焊。
与那些安装在相对温和应用中的部件相比，汽车和工业功率场效晶体更容易出现疲损和故障。透过比较一段时间内的功率场效应晶体故障率数据，我们发现用于严苛环境中的部件的百万分率故障率更高。在实地使用5年后，这种差距可达10倍以上。
尽管一个功率场效晶体可能通过了最初测试，但是实验证明在某些条件下，该部件中的随机薄弱环节可能导致其在现场应用出现故障。即使功率场效晶体在规定工作条件中运行的情况下，也发现过因电阻值变化而出现随机、不可预测的阻性短路。
阻性模式故障尤其值得关注，这不仅仅是对于功率场效晶体而言，对于印制电路板也一样。仅仅10W的功率就可能产生温度在180℃以上的局部热点，远远高于135℃印制电路板的典型玻璃化转变温度，其可造成电路板的环氧结构损坏，并产生热事件。
图1说明了一个出现故障的功率场效晶体可能并不会产生完全短路的过流情况，而是产生阻性短路，因此透过12R发热造成不安全的温度。在这种情况下，所形成的电流可能并没有高到使一个标准保险丝熔断，并阻止印制电路板上的热失控。
当某个功率部件故障或电路板缺陷形成不安全的过温情况时，一款二次保护部件将可用于中断电流，并防止热失控情况的发生。如图2所示，当RTP部件在场效晶体附近的电源在线串联时，它会追踪场效晶体温度，并在缓慢的热失控情况在电路板上形成非期待的过热情况之前断开电路。
工作原理
为了使其在实际应用中于200℃时断开电路，RTP部件使用了一种一次性电子启动程序以使其具有热敏特征。在启动前，RTP部件能进行三次无铅焊料回流焊而不会断开电路。进行电子启动的时机由用户决定，可在系统上电或系统测试时自动进行。
RTP部件的200℃开路温度，能够有助于防止假启动，并提高系统的可靠性，因为200℃是一个高于大部分电子部件正常工作温度范围的值，同时却又低于常见无铅焊料的熔点。因此，周围的其它部件在各自的额定温度范围内工作时，RTP部件将不会断开；但在部件脱开焊接并带来额外短路的潜在危险之前，它将断开。
安装建议
RTP部件和热源之间的热传导性主要取决于PCB的布局、散热片结构以及周围相关元部件的設计布置。当使用于一块四层的PCB上时，与潜在的热源紧密热接触是实现期望的性能的关键点。这时RTP部件的PTH针脚必须与主要的热针脚或功率场效晶体的散热片或保护部件分享同一个铜焊接面。
为达到最优的热耦合，电路板布线建议如图3所示及以下所述：
·RTP部件的PTH板必须安装在尽量靠近功率效管功率场效晶体散热片的地方
·尽量用一根厚而宽的铜线路将PTH的接触面连接到场效晶体散热器
·其它铜线层不应直接置于PTH接触面下面，如可能，把其它铜线层拉开远离RTP组件的PTH面。这些其他铜线层将分散RTP的热量并减低其热敏感度。
·尽量将顶层的“冷却”线路远离RTP部件的PTH的接触面
在一个绝缘金属基底(IMS)层設计中，弹性将随着热传导提升而更受关注。在高功率、高密度設计中，RTP部件可以安装在离功率元部件10cm远的位置，如图4所示。
图5显示在一个IMS结构上RTP部件被安装在高功率场效晶体10cm处时的性能，即使两个部件之间的有10cm的距离，失效的场效晶体和RTP部件之间的热梯度大约为40℃。
总结
RTP部件可帮助汽车功率电子系统满足可靠性要求，其应用包括冷却扇、ABS、电动助力转向模块、DC／DC转换器和PTC加热片等。该部件也可保护IT服务器、通信电源、LED照明系统以及电器中的功率部件。
使用工业标准的贴片和无铅回流焊設备可以快速方便地安装这种表面黏着部件，并且这种部件可以承受峰值温度远超200℃的多次回流焊工艺。在实际应用中，当检测到温度超过200℃时，它就会切断电流。
RTP的热敏特征是非常有用的，因为在某些情况下，故障功率部件并不会形成完全短路的过流条件，而是形成不会导致传统熔丝熔断的阻性短路。此类事件实际上还可能降低负载电流，但仍会产生不安全的热失控情况。RTP部件可防止因硬短路和阻性短路情形而造成的损坏。