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如何選擇符合應(yīng)用散熱要求的半導(dǎo)體封裝

發(fā)布時間:2023-10-10 來源:安世半導(dǎo)體 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】為了滿足應(yīng)用的散熱要求,設(shè)計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)計人員選擇更合適的封裝。


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焊線器件中的熱傳導(dǎo)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(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)在熱阻計算中可以忽略不計。


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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。


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夾片粘合封裝中的熱傳導(dǎo)


結(jié)到焊點(diǎn) Rth( j-sp )的熱阻定義因為兩個參考焊點(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,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(jī)會改進(jìn) 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(dǎo)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(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。 


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CFP5封裝二極管


"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(biāo)準(zhǔn)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。"


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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(yīng)用的封裝


部分半導(dǎo)體器件制造商不會向設(shè)計人員提供必要信息,導(dǎo)致設(shè)計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)計人員為其應(yīng)用做出更好的決策。



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