Nexperia(安世半导体)：如何选择符合应用散热要求的半导体封装

为了满足应用的散热要求，设计人员需要比较不同半导体封装类型的热特性。在本文中， Nexperia(安世半导体)讨论了其焊线封装和夹片粘合封装的散热通道，以便设计人员选择更合适的封装。

一、焊线器件中的热传导如何实现

焊线封装器件中的主要散热通道是从结参考点到印刷电路板(PCB)上的焊点，如图1所示。按照一阶近似的简单算法，次要功耗通道的影响(如图所示)在热阻计算中可以忽略不计。

图1：焊线器件中的散热通道

二、夹片粘合器件中的双热传导通道

夹片粘合封装在散热上与焊线封装的区别在于，器件结的热量可以沿两条不同的通道耗散出去，即通过引线框架(与焊线封装一样)和夹片框架散热。

图2：夹片粘合封装中的热传导

结到焊点Rth( j-sp )的热阻定义因为两个参考焊点的存在而变得更加复杂。这些参考点的温度可能不同，导致热阻成为一个并联网络。

Nexperia(安世半导体)使用相同方法来提取夹片粘合器件和焊线器件的 Rth( j-sp )值。该值表征从芯片到引线框架再到焊点的主要散热通道，使得夹片粘合器件的值与类似PCB布局中的焊线器件值相似。然而，在提取Rth( j-sp )值时，并没有充分利用第二条通道，因此器件的总体散热潜力通常更高。

事实上，第二条关键的散热通道让设计人员有机会改进PCB设计。例如，对于焊线器件，只能通过一条通道来散热(二极管的大多数热量通过阴极引脚耗散)，而对于夹片粘合器件，两个端子均可散热。

三、半导体器件散热性能的仿真实验

仿真实验表明，如果PCB上的所有器件端子都有散热通道，可以显著改善热性能。例如，在CFP5封装的PMEG6030ELP二极管中(图3)，35%的热量通过铜夹片传递到阳极引脚，65%的热量通过引线框架传递到阴极引脚。

图3：CFP5封装二极管

通过仿真实验证实，将散热片分成两个部分(如图4所示)更有利于散热。

如果将一个1cm²的散热片分成两个0.5cm² 的散热片，分别放置于两个端子的下方，在相同的温度下，二极管可以耗散的功率会增加6%。

与标准的散热设计或者仅连接在阴极处的6cm² 散热片相比，两个3cm² 散热片可以增加约20%的功率耗散。

图4：散热器位于不同区域和电路板位置的散热仿真结果。

文章来源：Nexperia(安世半导体)

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