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...     

英飞凌推出采用TO-220 FullPAK封装的第二代SiC肖特基二极管

英飞凌科技股份公司近日宣布推出采用TO-220 FullPAK封装的第二代SiC(碳化硅)肖特基二极管。新的TO-220 FullPak产品系列不仅延续了第二代ThinQ! TM SiC肖特基二极管的优异电气性能,而且采用全隔离封装,无需使用隔离套管和隔离膜,使安装更加简易、可靠。独具特色的是,新的TO220 FullPAK器件的内部结到散热器的热阻与标准     

一种测量小功率二极管及其它中小功率半导体器件热阻的简易方法

半导体器件的功率极限是由它的热阻决定的,要决定一种新器件的最大使用功耗,就必须首光测量热阻.但DO-35玻封二极管的管壳很小,无法直接测量其管芯的温度,从而算出热阻.为此,笔者设计了一种利用半导体器件温度特性测量热阻的方法,避免了复杂的设备和直接测量管芯温度的困难,只要一块数字式万用表就能完成热阻测量,且测量误差小于10%.此外,这种方法可方便地推广到各种其它封装形式的中.小功率半导体器件上,特别是适用于塑料封装和陶瓷封装等无其它方法测量热阻的器件.     

基于石墨嵌入式结构的SiC功率模块热仿真与优化

SiC器件相比于Si器件,具有更高的功率密度,表现出高的器件结温和热阻。为了提高SiC功率模块的散热能力,提出了一种基于石墨嵌入式叠层DBC的SiC功率模块封装结构,并建立封装体模型。通过ANSYS有限元软件,对石墨层厚度、铜层厚度和导热铜柱直径进行分析,研究各因素对散热性能的影响,并对封装结构进行优化以获得更好的热性能。仿真结果表明,石墨嵌入式封装结构结温为61.675℃,与传统单层DBC封装相比,结温降低19.32%,热阻降低27.05%。各影响因素中石墨层厚度对封装结温和热阻影响最大,其次是铜柱直径和铜层厚度。进一步优化后,结温降低了2.1%,热阻降低了3.4%。此封装结构实现了优异的散热性能,为高导热石墨在功率模块热管理中的应用提供参考。     

高压倒装LED照明组件的热性能

高压(HX)倒装LED是一种新型的光源器件,在小尺寸、高功率密度发光光源领域有广泛的应用前景.设计了4种不同工作电压的高压倒装LED芯片,进行了流片验证,并对其进行了免封装芯片(PFC)结构的封装实验,在其基础上研制出一种基于高压倒装芯片的PFC-LED照明组件.建立了9V高压倒装LED芯片、PFC封装器件及照明组件的模型,利用流体力学分析软件进行了热学模拟和优化设计;利用T3Ster热阻测试分析仪进行了热阻测试,验证了设计的可行性.结果表明,基于9V高压倒装LED芯片的PFC封装器件的热阻约为0.342 K/W,远小于普通正装LED器件的热阻.实验结果为基于高压倒装LED芯片的封装及应用提供了热学设计依据.     

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.     

90 nm PDSOI MOSFET 热阻研究

对90 nm PDSOI MOSFET的热阻进行了提取与研究.以H型栅MOSFET为研究对象,将源体二极管作为温度敏感器,通过测量源体结电流与器件温度的关系以及源体结电流与器件功率的关系,获得MOS器件功率与器件温度的关系,从而获取MOS器件热阻值.实验结果表明,该工艺下PMOS器件的热阻比NMOS器件大,其原因是PM...     

以塑封料温度测量为基础的一种结温计算方法

本文介绍了分立IGBT和二极管的结和塑封料（MC）之间温度差异的总体相关性。我们以引线架背面为基准,通过分立功率器件的相关参数说明这种差异。这些参数包括封装类型（T0220、To220 Fullpack和T0247）和芯片面积。最终给出了一组完整的公式,来计算结温。利用本文的结果,设计工程师将能够准确而轻松地计算器件的真实结温。     

以塑封料温度测量为基础的一种结温计算方法

本文将说明分立IGBT和二极管的结和塑封料（MC）之间温度差异的总体相关性。我们以引线架背面为基准,通过分立功率器件的相关参数说明这种差异。这些参数包括封装型（TO220,To220 Fullpack和TO247）和芯片面积。最终给出了一组完整的公式,来计算结温。利用本文的结果,设计工程师将能够准确而轻松地计算器件的真实结温。     

电子系统热管理设计与验证中的结温估算与测量

针对电子系统容易出现的热失效问题,论述在电子系统的热管理设计与验证中,对半导体器件结温的估算和测量方法。通过测量半导体器件内部二极管参数,来绘制二极管正向压降与其温度关系曲线,进而求解出器件的结温估算值,以指导热管理设计;采用热分布测量和极值测量来计算器件的实际结温,对热管理设计进行评估、验证。使用所述估算和测量方法,可到达±5%精确度的半导体结温测算,能够有效评估器件在特定电子系统中的热可靠性,为实现可靠热管理提供可信的数据分析基础。     

Two-piece model of hot point generation in reverse biased p−n diodes

This paper discusses the process of the generation of hot points in reverse biased p?n diodes. In this work we use a simple lumped thermal model of the diode. The stability of the nearly uniform distribution of the current through the junction of the diode is analysed. This analysis determines, for every diode, the maximum value of the current under which the junction will be free of current constriction, or hot points. It is concluded that, for diodes which are small enough, a hot point cannot appear. Nevertheless, if a nearly ideal voltage generator is used to drive the diode, a thermal instability of the whole junction can appear.     

半导体激光器光热光频调制特性的理论分析

利用光照射半导体激光器而改变其结温的方法,可精确地控制激光的频移幅度。理论分析表明频移幅度与调制频率、热时间常数和半导体激光器的偏置电流等物理量有关。选择恰当的物理参数可满足正弦相位调制干涉仪最佳测量条件。     

Thermal runaway of IMPATT diodes

A simple one-dimensional computer model of the dc-thermal behavior of a Schottky-barrier GaAs IMPATT diode has been formulated to compute the conditions for thermal runaway in IMPATT diodes of various designs. The model has been used to determine the thermal stability conditions for three designs of GaAs IMPATT's. The computations lead to several conclusions, the most important of which are the following. a) Junction thermionic emission (leakage) current is thermally unstable, whereas avalanche multiplication is thermally stabilizing. Diode thermal stability at high junction temperature requires that the thermionic emission current be low and the avalanche multiplication be large. b) Lowering of the barrier height caused by contaminants or defects at the junction increases the likelihood of thermal runaway. c) For a given barrier height, the higher the doping of the IMPATT diode, the more resistant it will be to thermal runaway.     

Pulse measurements of transient thermal response and temperature of avalanching p?n junction

A method is presented for measuring the junction temperature and the transient thermal response of oscillator-mounted avalanche diodes; the method requires an exact knowledge of the temperature dependence of the diode breakdown voltage. The junction temperature can be measured with unchanged accuracy within the measured temperature range of the breakdown voltage. The transient response as close as a few microseconds after the initiation of the junction-temperature step can be measured.     

LED导热胶片性能研究与评估

大功率LED器件的基座与散热基板之间的接触热阻会阻碍其芯片PN结与散热基板之间的热传导,从而影响到器件的光、色、电性能及寿命。导热胶片用于填充材料界面之间接合或接触时产生的微空隙及表面凹凸不平的孔洞,是减小接触热阻、降低芯片PN结温度的有效手段。文章主要通过测定热阻值来开展对导热胶片在实际应用中导热性能的研究。通过阻容...     

TEC 的高精度半导体激光器温控设计

热电制冷器（TEC）作为半导体激光器（LD）的制冷方案,具有体积小、易于控制等优点。但基于TEC 的制冷方案中TEC 的制冷功率和目标散热功率之间需要有良好地匹配关系,否则将会导致制冷不足或者导致功耗过大。根据LD 组件热负载匹配TEC 制冷功率,并通过比例-积分-微分（PID）控制方法实现温控参数的优化设计,实现了基于TEC 的LD 温度控制系统。经实验验证:该系统能够对LD 的工作温度实现控制范围为5℃~41℃、稳态误差小、控制精度为0.05℃的高精度、高稳定性控制,并在高精度的波长测试中得到了很好的应用。     

小尺寸栅极HEMT器件结温测量

用现有的红外法测量的GaN基HEMT器件结温,比实际最高温度点的温度低.而用喇曼法测量结温对设备要求高且不易于操作.针对现有技术对GaN基HEMT器件结温的测量存在一定困难的问题,设计了一款HEMT器件匹配电路.利用红外热像仪测量HEMT器件的结温升高,并结合物理数值模拟仿真,提出一种小尺寸栅极结温升高测量方法.结果表明,建立正确的仿真模型,可以得到不同栅极长度范围内的温度.通过这种方法可以测量出更接近实际的结温,为之后研究加载功率与壳温对AlGaN/GaN HEMT器件热阻的影响奠定了理论基础,并且为实际工作中热特性研究提供了参考依据.     

Analysis of the temperature rise in PIN diodes caused by microwave pulse dissipation

With the increasing use of PIN diodes in high power, microwave switching components, knowledge of the diode transient thermal response to such pulse dissipation becomes of increasing importance. Thermal models for the microwave dissipation within the diode are proposed for both the forward and reverse biased states. Based on these models, both the maximum and junction temperature step responses and pulse waveforms are determined for both bias states. For the forward bias state, the maximum temperature occurs near the center of the dissipation or I-region and for a step increase in dissipation, initially increases linearly with time then levels off to a constant difference with respect to the junctions. Under the same conditions, the junction temperature (relative to an appropriate heat sink) initially increases linearly also followed by a square root dependence to the steady-state value. The total response is therefore characterized by two fundamental thermal time constants and thermal resistances corresponding to the dissipative and conductive regions. Of major importance is the substantial calculated temperature differences which can occur between the center of the I-region and the junction where the temperature is normally experimentally monitored. For the reverse bias state, the maximum temperature occurs at the junctions because of the more localized dissipation and follows the square root dependence to the steady-state value. With knowledge of the diode thermal parameters, the relations given, and quantitative substantiation of the model proposed, the transient temperature response, together with its imposed component design limitations, are now obtainable.