芯片面积对CSOP10型陶瓷封装IC热特性的影响研究

针对CSOP10型陶瓷封装集成电路热特性参数随芯片面积的变化规律,运用仿真分析、理论计算、试验相结合的方法展开研究。结果表明,仿真分析与理论计算、试验的误差在合理范围内;随着芯片面积增大,CSOP10型陶瓷封装集成电路的结-壳热阻、结-环境热阻、结-壳热特性三种热特性参数随之减小,变化趋势减缓,数值趋于稳定。     

微系统热阻模型研究及其应用

系统级封装(SIP)实现了高密度、高集成度封装技术,同时散热问题备受关注,热设计中芯片结温预测十分重要.本文采用有限元仿真方法,建立了一种自然对流环境下微系统热阻模型,并通过模型中热阻矩阵预测多芯片总功耗相同条件下的各芯片结温,同时利用热阻测试试验和有限元仿真方法对预测结温进行验证,结果表明热阻矩阵模型预测芯片结温与热阻测试试验和有限元仿真结果误差分别小于2%和5%.但同时发现该热阻矩阵模型的不通用性,对于总功耗变化的多芯片结温,预测结果偏差较大.通过不同总功耗下各热阻矩阵的函数关系建立拟合曲线并修正热阻矩阵模型,修正后的结环境热阻矩阵适用于不同总功率条件、各芯片不同功率条件下的芯片结温预测,预测结果与热阻测试试验中芯片结温和有限元仿真结果误差均小于5%.因此,提出的修正结环境热阻矩阵的方法可以快速且便捷地预测不同功率芯片的结温,并对器件的散热性能进行较为准确的预估.     

陶瓷封装的等效热方法及其仿真验证

利用等效热模型理论,对陶瓷封装器件与测试印制电路板(Printed Circuit Board,PCB)的模型热阻进行了等效计算,并使用Icepak热分析软件进行热仿真模拟,计算得到芯片到环境的热阻值,最后通过使用T3Ster-热阻测试仪得到陶瓷器件表面温度分布情况并计算出实际热阻.研究表明,通过等效热模型仿真热阻与未...     

IGBT结-壳热阻测量的影响因素

一般认为结-壳热阻是绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的固有属性,是一个由封装材料和尺寸决定的定值。首先通过理论分析揭示了结-壳热阻具有随测试条件改变而变化的特性,然后基于有限元仿真,分别研究了不同测试条件对采用热电偶法和瞬态双界面法测得结-壳热阻的影响,并对实际测试中可能产生的测量误差进行了分析和讨论。结果表明,虽然结-壳热阻会受到测试条件的影响,包括发热功率、散热器性能和热界面材料性能等,但这些测试条件对结-壳热阻的影响非常小,几乎可以忽略。相比之下,实际测试中器件的结温、壳温和发热功率等物理量的测量误差对测量结果的影响更加显著。该研究结果可以对IGBT结-壳热阻的精确测量及公平对比起到参考作用。     

微热板阵列的热干扰

针对微热板阵列建立了热路模型,并对热干扰进行分析.结果表明,由于微热板悬窄结构的热阻比硅芯片的热阻高3个数量级.因此微热板阵列芯片的热干扰温度取决于封装对环境的热阻,而芯片上器件的间距对热干扰温度的影响可以忽略.研制了3种布局、T05和DIPl6两种封装形式的微热板阵列,并对阵列中的热干扰问题进行了实验测试.测试数据验证了热路模型的结论.因此,减小微热板阵列或集成芯片的热干扰的关键在于,尽可能增大微热板悬空结构的热阻以及选用热阻小的封装形式.     

微热板阵列的热干扰

针对微热板阵列建立了热路模型,并对热干扰进行分析.结果表明,由于微热板悬窄结构的热阻比硅芯片的热阻高3个数量级.因此微热板阵列芯片的热干扰温度取决于封装对环境的热阻,而芯片上器件的间距对热干扰温度的影响可以忽略.研制了3种布局、T05和DIPl6两种封装形式的微热板阵列,并对阵列中的热干扰问题进行了实验测试.测试数据验证了热路模型的结论.因此,减小微热板阵列或集成芯片的热干扰的关键在于,尽可能增大微热板悬空结构的热阻以及选用热阻小的封装形式.     

一种基于热阻网络的叠层芯片结温预测模型

提出了一种基于热阻网络的叠层芯片结温预测模型,该模型根据芯片内各组件的尺寸和热导率计算出对应的热阻,同时考虑了接触热阻和热量耦合效应,从而得到每层芯片在不同功耗情况下的结温预测值。在一个三芯片堆叠结构中,使用提出的方法对芯片结温进行预测,并与ANSYS仿真软件结果作比较,发现结温预测值的相对误差均小于4.5%。因此,该模型仅需根据芯片结构和材料参数,便可快速精确地估算出芯片在不同工作环境下的结温值。     

基于热模型的PCB内部散热设计的研究

印制电路板(PCB)在自然状态下散热的途径主要为板的厚度方向和板平面。基于热原理,提出一种PCB埋铜翅片的散热方式。通过分析PCB的导热系数及PCB垂直和水平方向的热阻,建立一种合理的散热分析模型。研究了散热翅片的宽度和长度对温度的影响。通过热分析软件ICEPAK对模型仿真,结果表明采用PCB埋铜翅片可有效降低器件的温度。     

多芯片陶瓷封装的结-壳热阻分析方法

随着半导体行业对系统高集成度、小尺寸、低成本等方面的要求,系统级封装(Si P)受到了越来越多的关注。由于多芯片的存在,Si P的散热问题更为关键,单一的热阻值不足以完整表征多芯片封装的散热特性。介绍了多芯片陶瓷封装的结-壳热阻分析方法,通过热阻矩阵来描述多芯片封装的散热特性。采用不同尺寸的专用热测试芯片制作多芯片封装样品,并分别采用有限元仿真和瞬态热阻测试方法分析此款样品的散热特性,最终获得封装的热阻矩阵。     

功率型LED封装基板材料的温度场和热应力分析

建立了功率型LED的有限元热学模型,选择Al2O3,AlN,Al-SiC,铜钼合金四种基板材料,采用ANSYS热分析软件仿真不同基板材料的温度场和热应力分布,得出如下结论：AlN基板的结温和热阻最低,结温达到120℃时所加的热载荷值最大;最大热应力主要集中在芯片与基板的界面附近,AlN基板的最大热应力最低。因此,AlN材料是较理想的基板材料。     

集成电路封装热阻分析

集成电路热阻是集成电路特别是功率型电路的主要可靠性参数。在一定功率下,它决定了电路工作时的结温,在进行系统热设计、可靠性预计时都要考虑电路的热阻。集成电路热阻测试方法是我国微电子工业尚待解决的问题,也是当前研究重点之一。本文介绍采用统一热分布的标准芯片测试电路热阻的方法,并分析不同封装形式、不同粘片工艺、不同芯片面积以及不同生产厂对电路热阻的影响。     

大功率LED结温测量及发光特性研究

介绍了基于正向电压法原理自行研制的大功率LED结温测试系统,结温定量测量精度可达±0.5 ℃.利用该系统对不同芯片结构与不同封装工艺的大功率LED热阻进行了测量比较,并对不同结温的大功率LED发光特性进行了研究.结果表明,不同结构芯片温度-电压系数K明显不同;采用热导率更高的粘结材料和共晶焊工艺固定LED芯片,会明显降低封装层次引入的热阻.结温对光辐射功率有直接影响,若保持结温恒定,光辐射功率随电流增大线性增加;若保持外部散热条件不变,热阻大的芯片内部热量积累较快,导致结温上升速度更快,光效随电流增加而下降的趋势也更为严重.     

粘结层空洞对功率器件封装热阻的影响

功率器件的热阻是预测器件结温和可靠性的重要热参数,其中芯片粘接工艺过程引起的粘结层空洞对于器件热性能有很大的影响。采用有限元软件Ansys Workbench对TO3P封装形式的功率器件进行建模与热仿真,精确构建了不同类型空洞的粘结层模型,包括不同空洞率的单个大空洞和离散分布小空洞、不同深度分布的浅层空洞和沿着对角线分布的大空洞。结果表明,单个大空洞对器件结温和热阻升高的影响远大于相同空洞率的离散小空洞;贯穿粘结层的空洞和分布在芯片与粘结层之间的浅空洞会显著引起热阻上升;分布在粘结层边缘的大空洞比中心和其他位置的大空洞对热阻升高贡献更大。     

硅基MOSFET功率放大器TO-3封装热性能研究

针对某款硅基MOSFET功率放大器TO-3封装散热问题,研究了其内部2个功率芯片在35 W下的热性能.通过建立该款功率放大器TO-3封装的有限元仿真模型,采用热仿真软件对这2个功率芯片的间距、焊片材料和厚度以及基板材料和厚度进行仿真优化,分析各个变量对芯片结温的影响.仿真结果表明在管基材料确定的情况下,氧化铍基板和金锡焊片对器件散热有较明显的效果.选用2.5 mm厚的10#钢和其他优化参数进行仿真,结果显示芯片位置处的温度最高,最高温度约为88℃.通过制备相应产品对比了优化前后该款功率放大器的温度变化,测试结果显示优化后器件热阻从2.015℃/W降低到1.535℃/W,产品散热效率提高了约23％.     

CMOS热流量风速计恒温差控制环路的研究

分析了恒温差控制模式在CMOS热流量风速计中遇到的振荡问题.为了能够用Pspice等电路软件对环路进行分析,建立了传感器热域到电域的转换模型.分析可知,检测芯片温度的PN结与加热电阻间的距离以及芯片材料的热容和热阻等参数对恒温差控制环路的工作频率有很大的影响.为了调节环路的振荡频率使它能更好的控制芯片温度并且优化测风速和风向时的性能,对上述芯片的参数都要仔细选取.实际电路测试验证了仿真结果.     

系统级封装(SiP)模块的热阻应用研究

半导体行业正朝着高集成度、小尺寸方向飞速发展,具有大规模、多芯片、3D立体化封装等优势的系统级封装(SiP)受到越来越多的关注.SiP中IC芯片多且集中,功耗密度大,因此其散热特性研究尤为重要.封装模块的散热特性用热阻表征,以塑封SiP模块为研究对象,介绍了器件级结-壳热阻和板级结-板热阻分析方法,采用热阻矩阵描述了芯...     

功率型倒装结构LED系统热模拟及热阻分析

为了了解功率型倒装结构LED系统各部分热阻,找出LED系统散热关键,对功率型倒装结构LED系统进行了有限元热模拟,同时结合传热学基本原理分析了各部分的热阻.结果表明,LED系统中凸点,Si-submount管壳和散热体的自身热阻较小,而芯片、粘结剂、散热体-环境的热阻较大,占系统热阻主要部分.因此优化设计芯片与散热体,选取导热率高的粘结剂,可以有效降低LED系统的热阻,成为LED系统散热设计的关键.     

功率型倒装结构LED系统热模拟及热阻分析

为了了解功率型倒装结构LED系统各部分热阻,找出LED系统散热关键,对功率型倒装结构LED系统进行了有限元热模拟,同时结合传热学基本原理分析了各部分的热阻.结果表明,LED系统中凸点,Si-submount管壳和散热体的自身热阻较小,而芯片、粘结剂、散热体-环境的热阻较大,占系统热阻主要部分.因此优化设计芯片与散热体,选取导热率高的粘结剂,可以有效降低LED系统的热阻,成为LED系统散热设计的关键.     

不同叠层结构印制电路板散热性能研究

运用有限元数值分析法对三种PCB散热结构,分别是芯片下方的PCB中埋置铜块(PCB-II型)、PCB底部压合铜板(PCB-III型)、PCB中间加入导热铝层(PCB-IV型)进行稳态、瞬态热分析、热阻分析以及不同对流系数下的热分析,并与不经过散热处理的PCB参照组(PCB-I型)进行对比。结果显示:在稳态和瞬态热分析中,II型、III型、IV型较参照组PCB-I型板面最高温度分别降低了3.22,9.66,7.86℃,其中III型升温幅度最平缓,II型与III型在10~30 s温度差距小,在30 s后逐渐拉大;在改变对流系数时,III型散热效果最好,而II型随着对流系数增加散热效果趋近于IV型。     

倒装芯片衬底粘接材料对大功率LED热特性的影响

针对倒装芯片(Flipchip)大功率发光二极管器件,描述了大功率LED器件的热阻特性,建立了Flipchip衬底粘接材料的厚度和热导系数与粘接材料热阻的关系曲线,以三类典型粘接材料为例计算了不同厚度下的热阻,得出了Flipchip衬底粘接材料选择的不同对大功率LED的热阻存在较大影响的结论.