如何選擇符合應(yīng)用散熱要求的半導(dǎo)體封裝

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，對于焊線器件，只能通過一條通道來散熱（二極管的大多數(shù)熱量通過陰極引腳耗散）；而對于夾片粘合器件，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%的熱量通過銅夾片傳遞到陽極引腳，65%的熱量通過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）的開發(fā)工程師。在過去的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