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微电子封装的热特性研究

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集成电路

   集成电路是一个微型化电子系统,需要电能驱动,其中产生的热量须以合理途径扩散出去。通过对集成电路进行合适的封装,可以避免因过热发生电路故障和损毁。

微电子封装的热特性研究

微电子封装的热特性研究


集成电路电能集中活动并产生绝大部分热量的小区域是芯片中最热的部分,叫做结点。结点最高运行温度受性能要求、可靠性、芯片和封装材料性质等限制。电子系统热设计的主要目标是设计合理的冷却方法,以保证器件结点温度低于最高允许温度。微电子封装提供了从芯片到外部表面的传热路径,描述封装中芯片由里至外传热性能的参数指标称为热特性。

影响封装热性能的参数

1.封装尺寸

     内部导热热阻(结-壳热阻和结-板热阻)和外部对流辐射热阻(壳-空气和板-空气热阻)都和封装表面积成反比关系。所以,封装尺寸越大,则热阻越低。

微电子封装的热特性研究

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2.封装材料

     高热导率的管壳材料以及基板材料都会使结-壳热阻和结-板热阻降低,进而使结-空气热阻降低。例如,由于陶瓷的热导率比塑料高得多,陶瓷封装比同类塑料的热阻低。

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3.芯片尺寸

     芯片尺寸通常比与之相连的基板或者上盖的尺寸小得多。因而,芯片与基板以及芯片与上盖之间的扩散热阻随着芯片尺寸的增加而减小。这种现象在芯片发热不均时尤为明显,此时,热量集中在芯片上的一个小区域,热源面积比实际芯片面积要小的多。

微电子封装的热特性研究

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4 器件热耗散量

     器件热耗散量增大,其温度也随之升高,对流散热量和辐射散热量越大。所以壳-空气热阻和板-空气热阻减小,导致结-空气热阻的减小。随着热耗散量的增大,结-空气热阻减小,而结-壳热阻不变,因为它是一个导热热阻,仅和封装材料和尺寸有关。

微电子封装的热特性研究

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5 气流速度

     气流速度越高,则对流效果越好,壳-空气热阻随着气流速度的增大而减小。当气流速度增大到一定值后,结-空气热阻随着气流速度增大而减小的速度变慢,热阻的降低将变得微乎其微,此时在增大气流速度毫无意义,气流速度不影响封装的结-壳热阻。

6 板的尺寸和导热系数

     高导热系数的板可以减小板的导热热阻,进而减小板-空气热阻;大尺寸的板可以减小对流热阻和辐射热阻,同样减小板-空气热阻,所以,大尺寸或高导热系数的板可以减小板-空气热阻,因而减小结-空气热阻。

微电子封装的热特性研究

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结论

   为了提高微电子的热特性参数,在满足性能的前提下,应尽量选择封装材料导热性良好的微电子器件,微电子器件应安装在导热性良好的板上,且保证板的尺寸足够大,必要时还应保证微电子器件表面的气流速度。


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