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，以便設計人員選擇更合適的封裝。

焊線器件中的熱傳導如何實現

焊線封裝器件中的主要散熱通道是從結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別在于，器件結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網絡。

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，第二條關鍵的散熱通道讓設計人員有機會改進 PCB 設計。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。"

△ 散熱器位于不同區域和電路板位置的散熱仿真結果

Nexperia幫助設計人員

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計人員提供必要信息，導致設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，幫助設計人員為其應用做出更好的決策。

關于作者

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)的開發工程師。在過去的12年中，他在Nexperia公司積累了垂直BJT的設計和質量方面的經驗，作為分立器件(如SMD和DFN封裝)的系統架構師，并擔任產品開發的項目負責人。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。作為基礎半導體器件開發和生產的領跑者，Nexperia(安世半導體)的器件被廣泛應用于汽車、工業、移動和消費等多個應用領域，幾乎為世界上所有電子設計的基本功能提供支持。

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

Nexperia：效率致勝。

審核編輯：湯梓紅