熱阻參數與θja 的標稱(chēng)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、連線(xiàn)和半導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，參與導熱的部分包括承載這層薄膜的基底硅片、粘接劑、金屬引線(xiàn)、填料、金屬托架、引腳和封殼等等。

熱阻參數一般包括結到空氣、結到外殼和結到基板三個(gè)熱阻θja、θjc和θjb¹。

θjc和θjb是針對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測定的一致性。θja測定不能人為采取措施限制熱流導向，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(kāi)放空間內弱自然對流或風(fēng)洞強制氣流兩種情況下測定；如果不加以說(shuō)明，則指開(kāi)放空間內弱自然對流條件下測定的參數。其公式表達為：

θja=（Тj-Тa）/Pd

公式中Тj為芯片的結溫，Тa為環(huán)境溫度，Pd為在結區的發(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²一般是利用設計、制作在其上的二極管直接測量結溫³、進(jìn)而測定θja。一般集成電路采用熱測試片芯取代實(shí)際的片芯測定。測定時(shí)熱測試芯片要模仿實(shí)際片芯的情況安裝。θja的測定標準給出了兩類(lèi)測試板，分別對應高覆銅率和低覆銅率印制板的典型情況。包括外露托架在內的焊盤(pán)如何處理則是因器件和廠(chǎng)家而不同的，而焊盤(pán)導熱路徑是無(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(zhù)手點(diǎn)；其不同處理導致θja的測定值不同。

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，其標稱(chēng)θja相應為分別為260℃/W和220℃/W。為了理解這一差異，設計了元件位置和測試放置全部交錯2個(gè)實(shí)驗板以對比其散熱特性。圖1是這兩個(gè)實(shí)驗板的穩定熱像。試驗中的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(pán)是在大面積覆銅上鏤出的，散熱面積大?？梢?jiàn)單個(gè)引腳的焊盤(pán)設計差異就足以引起顯著(zhù)的表面溫度差異。進(jìn)一步詳細觀(guān)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)，標稱(chēng)散熱較差的SGM2019的表面溫度反而更低一些。從這個(gè)實(shí)驗看，這兩個(gè)芯片的散熱能力是非常接近，并沒(méi)有如其標稱(chēng)熱阻所反映的差異；標稱(chēng)差異只能來(lái)源于其測定板焊接部分的設計差異。

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

2例如在大規模ASIC、FPGA、CPU和高可靠功率器件中。

3對二極管施加恒流偏置時(shí)，其正向壓降與其結溫有明確的、本征性的線(xiàn)性關(guān)系。通過(guò)預先刻度，可以準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量技術(shù)》。

5即SEMI320-96、JEDECJESD51-4以及MIL883等標準。

6參數引用自SGM2019和LP5951的公開(kāi)數據表。

7圣邦微電子公司并不因此測試調整其數據表參數。

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