為了滿足應(yīng)用的散熱要求,設(shè)計(jì)人員需要比較不同半導(dǎo)體封裝類型的熱特性。在本博客中, Nexperia(安世半導(dǎo)體)討論了其焊線封裝和夾片粘合封裝的散熱通道,以便設(shè)計(jì)人員選擇更合適的封裝。
焊線器件中的熱傳導(dǎo)如何實(shí)現(xiàn)
焊線封裝器件中的主要散熱通道是從結(jié)參考點(diǎn)到印刷電路板(PCB)上的焊點(diǎn),如圖1所示。按照一階近似的簡(jiǎn)單算法,次要功耗通道的影響(如圖所示)在熱阻計(jì)算中可以忽略不計(jì)。
△焊線器件中的散熱通道
夾片粘合器件中的雙熱傳導(dǎo)通道
夾片粘合封裝在散熱上與焊線封裝的區(qū)別在于,器件結(jié)的熱量可以沿兩條不同的通道耗散出去,即通過(guò)引線框架(與焊線封裝一樣)和夾片框架散熱。
△夾片粘合封裝中的熱傳導(dǎo)
結(jié)到焊點(diǎn) Rth( j-sp )的熱阻定義因?yàn)閮蓚€(gè)參考焊點(diǎn)的存在而變得更加復(fù)雜。這些參考點(diǎn)的溫度可能不同,導(dǎo)致熱阻成為一個(gè)并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。
Nexperia(安世半導(dǎo)體)使用相同方法來(lái)提取夾片粘合器件和焊線器件的 Rth( j-sp )值。該值表征從芯片到引線框架再到焊點(diǎn)的主要散熱通道,使得夾片粘合器件的值與類似 PCB 布局中的焊線器件值相似。然而,在提取 Rth( j-sp )值時(shí),并沒(méi)有充分利用第二條通道,因此器件的總體散熱潛力通常更高。
事實(shí)上,第二條關(guān)鍵的散熱通道讓設(shè)計(jì)人員有機(jī)會(huì)改進(jìn) PCB 設(shè)計(jì)。例如,對(duì)于焊線器件,只能通過(guò)一條通道來(lái)散熱(二極管的大多數(shù)熱量通過(guò)陰極引腳耗散);而對(duì)于夾片粘合器件,兩個(gè)端子均可散熱。
半導(dǎo)體器件散熱性能的仿真實(shí)驗(yàn)
仿真實(shí)驗(yàn)表明,如果 PCB 上的所有器件端子都有散熱通道,可以顯著改善熱性能。例如,在 CFP5 封裝的 PMEG6030ELP 二極管中(圖3),35%的熱量通過(guò)銅夾片傳遞到陽(yáng)極引腳,65%的熱量通過(guò)引線框架傳遞到陰極引腳。找元器件現(xiàn)貨上唯樣商城
△CFP5封裝二極管
"通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)證實(shí),將散熱片分成兩個(gè)部分(如圖4所示)更有利于散熱。
如果將一個(gè)1 cm2 的散熱片分成兩個(gè)0.5 cm2 的散熱片,分別放置于兩個(gè)端子的下方,在相同的溫度下,二極管可以耗散的功率會(huì)增加6%。
與標(biāo)準(zhǔn)的散熱設(shè)計(jì)或者僅連接在陰極處的6 cm2 散熱片相比,兩個(gè)3 cm2 散熱片可以增加約20%的功率耗散。"
△散熱器位于不同區(qū)域和電路板位置的散熱仿真結(jié)果
Nexperia幫助設(shè)計(jì)人員
選擇更適合其應(yīng)用的封裝
部分半導(dǎo)體器件制造商不會(huì)向設(shè)計(jì)人員提供必要信息,導(dǎo)致設(shè)計(jì)人員無(wú)法確定哪種封裝類型能為其應(yīng)用提供更好的散熱性能。在本文中, Nexperia(安世半導(dǎo)體)介紹了其焊線器件和夾片粘合器件中的散熱通道,幫助設(shè)計(jì)人員為其應(yīng)用做出更好的決策。
關(guān)于作者
Martin R?ver
Martin R?ver于2010年在哥廷根大學(xué)獲得半導(dǎo)體物理學(xué)博士學(xué)位。在哥廷根大學(xué)短暫的博士后工作階段后,他于2011年加入恩智浦(后加入Nexperia),擔(dān)任雙極性晶體管(BJT)的開(kāi)發(fā)工程師。在過(guò)去的12年中,他在Nexperia公司積累了垂直BJT的設(shè)計(jì)和質(zhì)量方面的經(jīng)驗(yàn),作為分立器件(如SMD和DFN封裝)的系統(tǒng)架構(gòu)師,并擔(dān)任產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的項(xiàng)目負(fù)責(zé)人。此外,他還推動(dòng)熱仿真課題,如RC熱模型的生成,并主持Nexperia的熱主題專家小組。
審核編輯 黃宇
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