半導體器件散熱性能的仿真實驗

為了滿足應用的散熱要求，設(shè)計人員需要比較不同半導體封裝類型的熱特性。在本博客中， Nexperia(安世半導體)討論了其焊線封裝和夾片粘合封裝的散熱通道，以便設(shè)計人員選擇更合適的封裝。

焊線器件中的熱傳導如何實現(xiàn)

焊線封裝器件中的主要散熱通道是從結(jié)參考點到印刷電路板(PCB)上的焊點，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)在熱阻計算中可以忽略不計。

△ 焊線器件中的散熱通道

夾片粘合器件中的雙熱傳導通道

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

結(jié)到焊點 Rth( j-sp )的熱阻定義因為兩個參考焊點的存在而變得更加復雜。這些參考點的溫度可能不同，導致熱阻成為一個并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。

Nexperia(安世半導體)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，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。

事實上，第二條關(guān)鍵的散熱通道讓設(shè)計人員有機會改進 PCB 設(shè)計。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，兩個端子均可散熱。

半導體器件散熱性能的仿真實驗

仿真實驗表明，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，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。

"通過仿真實驗證實，將散熱片分成兩個部分(如圖4所示)更有利于散熱。

如果將一個1 cm2 的散熱片分成兩個0.5 cm2 的散熱片，分別放置于兩個端子的下方，在相同的溫度下，二極管可以耗散的功率會增加6%。

與標準的散熱設(shè)計或者僅連接在陰極處的6 cm2 散熱片相比，兩個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)計人員

選擇更適合其應用的封裝

部分半導體器件制造商不會向設(shè)計人員提供必要信息，導致設(shè)計人員無法確定哪種封裝類型能為其應用提供更好的散熱性能。在本文中， Nexperia(安世半導體)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)計人員為其應用做出更好的決策。

關(guān)于作者

Martin R?ver

Martin R?ver于2010年在哥廷根大學獲得半導體物理學博士學位。在哥廷根大學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)計和質(zhì)量方面的經(jīng)驗，作為分立器件(如SMD和DFN封裝)的系統(tǒng)架構(gòu)師，并擔任產(chǎn)品開發(fā)的項目負責人。此外，他還推動熱仿真課題，如RC熱模型的生成，并主持Nexperia的熱主題專家小組。

Nexperia (安世半導體)

Nexperia(安世半導體)總部位于荷蘭，是一家在歐洲擁有豐富悠久發(fā)展歷史的全球性半導體公司，目前在歐洲、亞洲和美國共有15,000多名員工。作為基礎(chǔ)半導體器件開發(fā)和生產(chǎn)的領(lǐng)跑者，Nexperia(安世半導體)的器件被廣泛應用于汽車、工業(yè)、移動和消費等多個應用領(lǐng)域，幾乎為世界上所有電子設(shè)計的基本功能提供支持。

Nexperia為全球客戶提供服務(wù)，每年的產(chǎn)品出貨量超過1,000億件。這些產(chǎn)品在效率(如工藝、尺寸、功率及性能)方面成為行業(yè)基準，獲得廣泛認可。Nexperia擁有豐富的IP產(chǎn)品組合和持續(xù)擴充的產(chǎn)品范圍，并獲得了IATF 16949、ISO 9001、ISO 14001和ISO 45001標準認證，充分體現(xiàn)了公司對于創(chuàng)新、高效、可持續(xù)發(fā)展和滿足行業(yè)嚴苛要求的堅定承諾。

Nexperia：效率致勝。

審核編輯：湯梓紅