熱阻參數(shù)與θja 的標(biāo)稱差異

封裝集成電路的熱阻反映的是參與到散熱過(guò)程中的所有部分在該幾何和物理組合下的特性。以薄膜集成電路為例，其發(fā)熱部分是由結(jié)、連線和半導(dǎo)體極化物形成的薄膜層；從這一層到封裝外表面或者外部的空氣，參與導(dǎo)熱的部分包括承載這層薄膜的基底硅片、粘接劑、金屬引線、填料、金屬托架、引腳和封殼等等。

熱阻參數(shù)一般包括結(jié)到空氣、結(jié)到外殼和結(jié)到基板三個(gè)熱阻θja、θjc和θjb¹。

θjc和θjb是針對(duì)以外殼為主散熱面和以基板為散熱面加裝散熱器的封裝的；例如頂面壓裝散熱器的BGA封裝和底面壓接散熱器的TO220封裝。利用在散熱面(封裝頂面或底面)上加裝高導(dǎo)熱散熱器形成恒溫面和利用絕熱材料限制其它方向的散熱，可保證θjc和θjb測(cè)定的一致性。θja測(cè)定不能人為采取措施限制熱流導(dǎo)向，同時(shí)溫度梯度變化較大的發(fā)熱點(diǎn)附近的微小差異都會(huì)影響熱流的分配、不容易保證一致性。

θja是在開放空間內(nèi)弱自然對(duì)流或風(fēng)洞強(qiáng)制氣流兩種情況下測(cè)定；如果不加以說(shuō)明，則指開放空間內(nèi)弱自然對(duì)流條件下測(cè)定的參數(shù)。其公式表達(dá)為：

θja=（Тj-Тa）/Pd

公式中Тj為芯片的結(jié)溫，Тa為環(huán)境溫度，Pd為在結(jié)區(qū)的發(fā)熱功率。高功率密度或者特別關(guān)注工作溫度的集成電路²一般是利用設(shè)計(jì)、制作在其上的二極管直接測(cè)量結(jié)溫³、進(jìn)而測(cè)定θja。一般集成電路采用熱測(cè)試片芯取代實(shí)際的片芯測(cè)定⁴。測(cè)定時(shí)熱測(cè)試芯片要模仿實(shí)際片芯的情況安裝。θja的測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)⁵給出了兩類測(cè)試板，分別對(duì)應(yīng)高覆銅率和低覆銅率印制板的典型情況。包括外露托架在內(nèi)的焊盤如何處理則是因器件和廠家而不同的，而焊盤導(dǎo)熱路徑是無(wú)散熱器封裝集成電路的主要散熱熱流路徑，也是封裝創(chuàng)新的主要著手點(diǎn)；其不同處理導(dǎo)致θja的測(cè)定值不同。

SGM2019和LP5951是封裝、制程、片芯尺寸和外部電路相同的兩個(gè)LDO芯片，其標(biāo)稱θja相應(yīng)為分別為260℃/W和220℃/W⁶。為了理解這一差異，設(shè)計(jì)了元件位置和測(cè)試放置全部交錯(cuò)2個(gè)實(shí)驗(yàn)板以對(duì)比其散熱特性。圖1是這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)板的穩(wěn)定熱像。試驗(yàn)中的8個(gè)芯片的發(fā)熱功率完全一致；熱像上溫度較低芯片的托架引腳連接的焊盤是在大面積覆銅上鏤出的，散熱面積大。可見單個(gè)引腳的焊盤設(shè)計(jì)差異就足以引起顯著的表面溫度差異。進(jìn)一步詳細(xì)觀察可以看到器件位置的靠里、靠外也使得溫度有所不同；同時(shí)，標(biāo)稱散熱較差的SGM2019的表面溫度反而更低一些⁷。從這個(gè)實(shí)驗(yàn)看，這兩個(gè)芯片的散熱能力是非常接近，并沒(méi)有如其標(biāo)稱熱阻所反映的差異；標(biāo)稱差異只能來(lái)源于其測(cè)定板焊接部分的設(shè)計(jì)差異。

1網(wǎng)上可方便找到有關(guān)封裝集成電路熱阻及其測(cè)量的文章，大多包括對(duì)SEMI320-96、JEDECJESD51-4以及MIL883等標(biāo)準(zhǔn)引用可供參考。

2例如在大規(guī)模ASIC、FPGA、CPU和高可靠功率器件中。

3對(duì)二極管施加恒流偏置時(shí)，其正向壓降與其結(jié)溫有明確的、本征性的線性關(guān)系。通過(guò)預(yù)先刻度，可以準(zhǔn)確確定特定恒流偏置時(shí)壓降和溫度的關(guān)系。

4更多介紹參考http://www.ieechina.com/upload/books/IC.pdf，劉君愷，《IC封裝熱阻的定義及測(cè)量技術(shù)》。

5即SEMI320-96、JEDECJESD51-4以及MIL883等標(biāo)準(zhǔn)。

6參數(shù)引用自SGM2019和LP5951的公開數(shù)據(jù)表。

7圣邦微電子公司并不因此測(cè)試調(diào)整其數(shù)據(jù)表參數(shù)。

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