功率电子封装技术及确定其热阻的实现方法研究

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芯片封装的热阻分析

芯⽚封装的热阻分析概述半导体器件散热的三个主要途径是:封装顶部到空⽓，或者封装顶部到散热⽚再到空⽓封装底部到电路板封装引脚到电路板在JEDEC中以热阻Theta来表⽰，其中ThetaJA参数综合了Die的⼤⼩, 封装⽅式，填充材料，封装材料，引脚设计，外部散热⽚和外部电路板的属性多个因素；ThetaJC和ThetaJB这2个参数是表征芯⽚和封装本⾝的，不会随着芯⽚封装外部环境的改变⽽改变。

关于芯⽚外部温度的趣事半导体元器件"烫⼿"未必不正常，55C摄⽒温度就会让⼈感觉发烫，很多⼤功率的芯⽚，表⾯温度可以达到85C摄⽒度以上。

对于Thermal测量的⼏个参数的困惑JEDEC对芯⽚封装的热性能参数的定义热阻参数ThetaJA，结到空⽓环境的热阻，= (Tj-Ta)/PThetaJC，结到封装外壳的热阻，= (Tj-Tc)/P, ⼀般⽽⾔是到封装顶部的热阻，所以⼀般的，ThetaJC = ThetaJTThetaJB，结到PCB的热阻， = (Tj-Tb)/P热特性参数PsiJT，结到封装顶部的热参数，=(Tj-Tt)/PPsiJB, 结到封装底部的热参数，=(Tj-Tb)/P其中:Tj - 芯⽚结温Ta - 芯⽚环境温度Tb - 芯⽚底部的表⾯温度Tc/Tt - 芯⽚顶部的表⾯温度按照JESD测量⽅法得出的ThetaJA热阻参数是对封装的品质度量，并⾮是application specific的热阻参数，只能是芯⽚封装的热性能品质参数的⽐较，不能应⽤于实际测量和分析中的结温预测。

PsiJT和PsiJB和ThetaXX参数不同，并⾮是器件的热阻值，只是数学构造物。

ThetaJA 结到空⽓环境的热阻ThetaJA是最常使⽤的热阻参数，也是最容易引起误解的参数。

IDT公司的定义ThetaJA = (Tj - Ta)/PThetaJA = (ThetaJB + ThetaBA) || (ThetaJC + ThetaCA);其中ThetaXY = (Tx - Ty)/PAltera公司的定义Without a heat sink, ThetaJA = ThetaJC + ThetaCA = (Tj - Ta)/PWith a heat sink , ThetaJA = ThetaJC + ThetaCS + ThetaSA = (Tj - Ta)/P实际上，Altera公司对加散热器的ThetaJA的定义不够严谨，散热器的引⼊相当于增加了⼀个散热通道，即增加了从管壳(Case)到散热器(heat Sink)的散热通道，所以加⼊散热器后，ThetaJA(heat sink) = ThetaJC + ( ThetaCA || ( ThetaCS + ThetaSA) )由于ThetaCA >> (ThetaCS + ThetaSA), 所以上式才可以近似化简为:ThetaJA = ThetaJC + ThetaCS + ThetaSA, 其中ThetaCS通常是导热硅脂或者硅胶, 热阻⾮常⼩TI公司的定义根据TI⽂档spra953c的描述, JESD定义ThetaJA的初衷是为了⼀种封装的相对热阻性能可以被互相⽐较，⽐如TI公司的某个芯⽚的热阻性能和其它公司的热阻性能做对⽐，前提是两家公司都是⽤JESD51-x中规定的标准⽅法来做测试，但是⼤部分芯⽚的热阻系数不会严格按照JESD51中规定的标准⽅法进⾏测量。

电脑cpu主板采用的是bg电子烧结模式

电脑cpu主板采用的是bg电子烧结模式电子封装形式有很多种，并且大多数引进了现在的高科技电子产品中，比如我们平常最亲密的电脑，他们是什么样的封装形式呢？并且有什么技术特点呢？这将是这篇文章所阐述的一个重点。

从前电脑cpu大多数主板采用网格阵列电子烧结出的电子封装模式。

特点是操作便捷，可靠性高，使用寿命长。

现在随着电子产品行业水平的日新月异，在3,4年前，电脑cpu主板开始采用bg封装模式，这种封装模式的应用推进了电子业的发展。

其特点是引脚大量增加，不必再主板上打孔，主板表面有相应的引脚焊点。

这种方法锡焊上去的如果不用专用工具是很难给去下来的，所以稳定性比较强。

在电子封装技术不断发展的前提下，各种集成电路也在不断的发展，最终是促进了电子行业的前进。

/功率电子封装技术及确定其热阻的实现方法研究摘要：随着用户对功率电子散热效果要求的提高，早先在功率封装上附加散热片的方法实现起来很困难。

本文在介绍了功率电子器件的工艺技术后，详细地讨论了封装技术对功率电子的重大影响，并以热增强型封装、热插片封装为例，描述了功率封装的动、静态特性，并给出了计算热阻的处理步骤和测量电路，具有一定的参考价值。

关键词：功率工艺功率封装散热片热阻Power Package and Realistic Method of Thermal Resistance CalculationAbstract：As users have higher demands to the result of heat sink of the power component，setting heat sinker on the power package is not easy to realize any more. The technics of power component is introduced. Then the great influence of package on power component is illustrated. This paper takes the thermal enhancement-type package and thermal tab package for examples to describe their static and dynamic characteristics. At last the measure steps and circuit of thermal resistance design are presented and have certain referential value.Keyword: power technics power package heat sink thermal resistance1 引言功率半导体在工业、汽车、消费电子等领域的应用越来越广泛，主要用于执行机构和供电元。

IC封装的热特性-热阻

IC封装的热特性摘要：IC封装的热特性对于IC应用的性能和可靠性来说是非常关键的。

本文描述了标准封装的热特性：热阻(用“theta”或Θ表示)，ΘJA、ΘJC、ΘCA，并提供了热计算、热参考等热管理技术的详细信息。

引言为确保产品的高可靠性，在选择IC封装时应考虑其热管理指标。

所有IC在有功耗时都会发热，为了保证器件的结温低于最大允许温度，经由封装进行的从IC到周围环境的有效散热十分重要。

本文有助于设计人员和客户理解IC热管理的基本概念。

在讨论封装的热传导能力时，会从热阻和各“theta”值代表的含义入手，定义热特性的重要参数。

本文还提供了热计算公式和数据，以便能够得到正确的结(管芯)温度、管壳(封装)温度和电路板温度。

结温-PN结度热阻的重要性半导体热管理技术涉及到热阻，热阻是描述物质热传导特性的一个重要指标。

计算时，热阻用“Theta”表示，是由希腊语中“热”的拼写“thermos”衍生而来。

热阻对我们来说特别重要。

IC封装的热阻是衡量封装将管芯产生的热量传导至电路板或周围环境的能力的一个标准。

给出不同两点的温度，则从其中一点到另外一点的热流量大小完全由热阻决定。

如果已知一个IC封装的热阻，则根据给出的功耗和参考温度即可算出IC的结温。

Maxim网站(制造商、布线、产品、QA/可靠性、采购信息)中给出了常用的IC热阻值。

定义以下章节给出了Theta (Θ)、Psi (Ψ)的定义，这些标准参数用来表示IC封装的热特性。

ΘJA是结到周围环境的热阻，单位是°C/W。

周围环境通常被看作热“地”点。

ΘJA取决于IC封装、电路板、空气流通、辐射和系统特性，通常辐射的影响可以忽略。

ΘJA专指自然条件下(没有加通风措施)的数值。

ΘJC是结到管壳的热阻，管壳可以看作是封装外表面的一个特定点。

ΘJC取决于封装材料(引线框架、模塑材料、管芯粘接材料)和特定的封装设计(管芯厚度、裸焊盘、内部散热过孔、所用金属材料的热传导率)。

功率MOSFET封装热阻测试及其优化设计

功率MOSFET封装热阻测试及其优化设计刘志红莫亭亭摘要：功率半导体器件是集成电路的重要组成部分，是电力电子技术的基础。

本文对功率MOSFET的热阻进行了测试，得到了SOP8封装的功率MOSFET器件的结壳热阻和结到环境热阻。

使用有限元热仿真分析，分析了影响SOP8热阻的因素，在分析结果基础上改善了SOP8封装的功率MOSFET器件的热阻性能。

为后续芯片封装结构优化提供参考。

关键词：封装热阻；功率器件；有限元仿真；热阻测试；结温Abstract：Power semiconductor device is an important part of integrated circuit，and it is the foundation of power electronic technology.I In this paper，the thermal resistance of power MOSFET is tested，and get the thermal resistance of junction to case and junction to ambient for SOP package.Finite element thermal simulation was used to analyze the factors affecting SOP8 thermal resistance.Based on the analysis，thermal resistance of SOP8packaged MOSFET was improved.It provides a reference for the subsequent optimization of chip packaging structure.KEY WORDS：thermal resistance of package，power device，finite element simulation，thermal resistance test，junction temperature1引言自从进入20世纪以来，人类正式迈入信息时代。

功率模块封装的热阻、结温与寿命

功率模块封装的热阻、结温与寿命一、问题背景大家在使用功率模块时，会非常关心功率模块的结温，而往往计算结温的方式采用规格书中的热阻来推算结温。

这样带来了一个问题是，只会采用稳态的热阻进行结温推算，得到平均的结温。

而实际情况是，结温是存在较大波动的，结温波动与我们的封装形式密切相关，进而影响模块的寿命。

市场中的模块常见的有两类无铜基板封装和有铜基板封装模块，普遍认为无铜基板模块的封装热阻小，散热更好，今天我们来讨论这个问题。

二、封装介绍本文以英飞凌的两款模块FP35R12W2T4（称为EASY封装）和FP35R12KT4（称为Econo封装）为例，它们分别代表无铜基板和有铜基板封装模块，进行说明封装是如何决定热阻、影响结温和寿命的。

这两款模块具有相同的拓扑、相同的芯片，在相同的外部条件下仿真，由于封装的不同，看看热阻是如何变化，结温和寿命是如何变化的。

下面分别是Easy和Econo封装的。

图1 Easy封装图2 Econo封装它们的结构截面如下，Easy封装没有铜基板，相对于Econo封装，少2层材料图3 Easy封装的横截面图4 Econo封装的横截面两者有相同的拓扑，集成了逆变、整流和刹车部分。

图 5 拓扑结构三、热阻相关热阻与材料层有关，材料层越小，热阻越低。

从上面的可以看出来，easy封装的结壳Rjc热阻会小。

从下面的仿真可以知道，easy的热阻确实低，但是结温会低吗？我们知道结温最终是需要到热沉中的，因此，这里不妨对比到散热器的热阻Rjh，从仿真结果可以看出，到散热器的热阻easy反而变大了。

因此easy系列的结温并不一定低。

但是不是一定高，主要取决于损耗，因为损耗也与封装有关。

图6 结壳Rjc热阻比较图7 结散热器热阻Rjh对比四、损耗与稳态结温计算由于Easy系列的封装电感小，好处之一是动态损耗（Eon+Eoff）低，这里从采用相同的工况条件去仿真两者的损耗。

下面计算了一个三相逆变电路的损耗。

1IC封装热阻的定义与测量技术

散热设计（一）IC封装热阻的定义与测量技术晨怡热管/news/42/2006-10-2 1:29:47日期:2005-11-6 23:34:35 来源:电子设计资源网查看:[大中小] 作者：刘君恺热度：热阻值用于评估电子封装的散热效能，是热传设计中一个相当重要的参数，正确了解其物理意义以及使用方式对于电子产品的设计有很大的帮助，本文中详细介绍了热阻的定义、发展、以及测量方式，希望使工程设计人员对于热阻的观念以及测量方式有所了解，有助于电子产品的散热设计。

介绍近年来由于电子产业的蓬勃发展，电子组件的发展趋势朝向高功能、高复杂性、大量生产及低成本的方向。

组件的发热密度提升，伴随产生的发热问题也越来越严重，而产生的直接结果就是产品可靠度降低，因而热管理（thermal management）相关技术的发展也越来越重要【1】。

电子组件热管理技术中最常用也是重要的评量参考是热阻（thermal resistance），以IC 封装而言，最重要的参数是由芯片接面到固定位置的热阻，其定义如下：热阻值一般常用θ或是R表示，其中Tj为接面位置的温度，Tx为热传到某点位置的温度，P 为输入的发热功率。

热阻大表示热不容易传递，因此组件所产生的温度就比较高，由热阻可以判断及预测组件的发热状况。

电子系统产品设计时，为了预测及分析组件的温度，需要使用热阻值的资料，因而组件设计者则除了需提供良好散热设计产品，更需提供可靠的热阻资料供系统设计之用【2】。

对于遍布世界各地的设计及制造厂商而言，为了要能成功的结合在一起，必须在关键技术上设定工业标准。

单就热管理技术而言，其中就牵涉了许多不同的软硬件制造厂商，因此需透过一些国际组织及联盟来订定相关技术标准。

本文中将就热阻的相关标准发展、物理意义及测量方式等相关问题作详细介绍，以使电子组件及系统设计者了解热阻相关的问题，并能正确的应用热阻值于组件及系统设计。

封装热传标准与定义在1980年代，封装的主要技术是利用穿孔（through hole）方式将组件安装于单面镀金属的主机板，IC组件的功率层级只有1W左右，在IC封装中唯一的散热增进方式是将导线架材料由低传导性的铁合金Alloy42改为高传导性的铜合金。

氮化镓功率器件模块封装技术研究进展

应用前景
氮化镓功率器件模块封装技术的应用前景广泛，主要体现在以下几个方面：
1、高频领域：氮化镓功率器件具有高频率、高效率和高稳定性等优点，使其在高频领域具有广泛的应用前景。例如，在通信系统中，氮化镓功率器件可以用于射频功率放大器、高效率整流器等关键部件。
2、高温领域：氮化镓功率器件具有优异的热稳定性，可以在高温环境下稳定工作。这使得它在高温领域的应用具有显著优势。例如，在航天、军事等领域，氮化镓功率器件可以用于高温电源、导弹制导系统等关键部位。
研究现状
目前，氮化镓功率器件模块封装技术的研究主要集中在以下几个方面：
1、直接集成封装技术：该技术将氮化镓功率器件直接集成到封装基板上，具有体积小、重量轻、热阻低等优点。但这种技术对封装基板的要求较高，需要具备高导热性、高绝缘性和良好的机械强度。
2、侧面散热封装技术：该技术通过在氮化镓功率器件的侧面设置散热通道，将热量导出，提高器件的可靠性。但这种技术的散热效率相对较低，需要采取其他措施来增强散热效果。
3、高速运算领域：氮化镓功率半导体器件的高温特性使其在高速运算领域也有着广泛的应用。例如，在超级计算机、数据中心等高功率、高温的环境中，氮化镓功率半导体器件可以作为高效率的功率转换器件，提高计算机系统的性能和速度。
三、氮化镓功率半导体器件的技术发展
随着科技的不断发展，氮化镓功率半导体器件的技术也在不断进步。目前，已经开发出了多种氮化镓功率半导体器件，如Heterostructure FET（HFETs）、 Schottky Barrier Diodes（SBDs）、High Electron Mobility Transistors (HEMTs)等。这些器件在结构和性能上各有特点，可以根据不同的应用需求进行选择。

热阻原理

注意事项：
a. 测试电流选取流过温度感应二极管的测试电流必须足够的大以保证在读取二极管两端的正偏电压时不受Surface Leakage Effects的影响，同时又必须足够的小以保证该电流不会产生明显的自热效应。其数值一般选在二极管正向导通I-V特性曲线拐点左右的范围内，通常为100uA 至5 mA，具体与二极管的尺寸有关。 b.从功率脉冲切断到测试电流灌入之间的时间必须考虑。这段时间器件冷却，结温有所下降。所以，电子开关的切换时间必须足够的短（几十微秒数量级的范围）。
结构函数测试法（瞬态热阻）
瞬态温度响应曲线
结构函数测试法（瞬态热阻）
然后我们对升温或降温曲线的横坐标做对数变化(z=in(t))，再根据热阻计算公式 Rth=(Tj-Ta)/P将其转换为热阻抗曲线（瞬态热响应曲线）a(z)，Tj表示结温， Ta表示热沉表面温度，P表示加热功率。对瞬态热响应曲线a(z)求导得到da(z)/dz，然后运用以下关系：
热阻分类
结壳热阻
结到环境的热阻
DUT：Device Under Test
热阻分类
瞬态热阻：许多半导体器件是在脉冲功率条件下工作的，显然器件的工作结温升与脉冲宽度及占空比有关，因此在很多场合下需要了解器件与施加功率时间相关的热特性。瞬态热阻的表达式为
稳态热阻：当功率的持续时间足够长，器件有源区热量的产生与散热达到动态的平衡，此时有源区温度不再随时间变化，这时的瞬态热阻就是稳态热阻。
Tj为器件在稳态工作时的结温。
热阻测试原理及方法
测试原理
功率测量
（1）固定U，测I U：功率源表, 直流电源
温度测量 TA/C
TJ
热电偶红外测温仪
I：示波器（2）固定I，测U(常用) U：功率源表, 直流电源

功率VDMOS器件封装热阻及热传导过程分析

功率VDMOS器件封装热阻及热传导过程分析高巍;殷鹏飞;李泽宏;张金平;任敏【摘要】热阻是反映电子器件结温的关键热参数,也是指导用户在复杂应用环境中设计热特性的关键参数.本文研究了ITO-220AB封装器件由内至外不同分层材料特性对于器件热阻及热传导的影响.通过测量四种规格VDMOS器件结到环境热阻(Rthj-a)及结到管壳热阻(Rthj-c),并采用结构函数分析法,分析热量从芯片到管壳外的热传导过程发现,随着芯片面积的增大,热阻线性减小,利于器件散热;芯片与框架间过厚的焊锡层非常不利于热量的传导;铜框架厚度间接影响了外部包裹树脂厚度,从而改变了树脂所占器件热阻Rthj-c的比例,树脂材料越厚,器件热阻会明显增大.【期刊名称】《电子元件与材料》【年(卷),期】2018(037)007【总页数】6页(P29-34)【关键词】热阻;结温;VDMOS;ITO-220AB;热传导;焊锡【作者】高巍;殷鹏飞;李泽宏;张金平;任敏【作者单位】电子科技大学电子科学与工程学院, 四川成都 610054;电子科技大学电子科学与工程学院, 四川成都 610054;电子科技大学电子科学与工程学院, 四川成都 610054;电子科技大学电子科学与工程学院, 四川成都 610054;电子科技大学电子科学与工程学院, 四川成都 610054【正文语种】中文【中图分类】TN305.94功率VDMOS器件被广泛应用于电子电力、微波通信以及军事国防等领域,是中小功率领域内主流的半导体开关器件。

随着功率VDMOS器件的发展,工作电流不断增加,开关频率逐渐增大,对于器件发热的控制及传导的分析变得越来越重要。

热因素可导致接近60% 的器件损坏且工作温度每上升10℃,器件损坏的概率就增大了接近两倍[1]。

因此获得器件封装内部的热传导过程以及结温的准确信息,对提高器件工作性能、可靠性和改善封装热设计就变得非常重要[2-3]。

现在国内外对于功率器件如MOSFET、IGBT等的热阻研究有很多[4-6],但是,大部分主要集中在器件整体封装热阻值的测试方法及不同材料接触界面分层热阻,进而考虑器件热阻值对产品可靠性的影响。

功率MOSFET封装热阻的分析及改进

（２）高输入阻抗和低电平驱动。
栅氧化层隔离，Ｓ１０２绝缘，栅极漏电流只有１０ｈＡ数量级。栅极电压驱动漏极电流，开启电压较低．驱动电路简单，驱动功率较小。
（３）安全工作区宽。ＳＯＡ对器件工作时漏极电压和电流的瞬时值设置了限制，以使其避免二次击
穿的危险，工作安全，可靠性高。（４）热稳定性高。
ＶＭＯＳ器件由导通电阻决定最小导通电压，特别是低压器件的导通电阻一般
瞳
图１．２
一Ｌｏ瞒ａＳＯｅＮ孑
ＭＯＳＦＥＴ作为降压转换器
２）中档ＭＯＳＦＥＴ用于汽车电路及类似的升压应用。ＭＯＳＦＥＴ晶体管特别适合下一代４２Ｖ的汽车电气系统使用。但是这些器件必须适应汽车的使用环境，这样才能达到市场所期望的功能、效率和可靠性。在使用这些新的器件和封装技术的情况下，汽车的主要部件，例如阀门控制和转向系统，可以用下一代电动控制和电动转向系统取而代之，从而节省费用、减轻重量和燃油的消耗，这样汽车
随着消费电子、计算机等领域的快速发展，对于功率器件产品的需求也呈现快速增长的趋势。而产品的小型化也使得高可靠性、节能、高性能、小尺寸、符合Ｒｏｌｌｓ指令成为功率器件未来的发展趋势ｌｌ】。
由于全球市场的激烈竞争，各功率半导体器件制造商正投入大量资金发展新
的设计、改进新的工艺、开发新的产品，产品的更新换代几乎到了令人眼花缭乱
都主要以代工厂为主，拥有自主产品的本土企业很少。
ｋｅｙｍｅｔｈｏｄｏｆｉｍｐｒｏｖｉｎｇｔｈｅｒｍａｌ
ｉｍｐｏｒｔａｎｔ．Ｔｈｅ
ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｉｓｌｌｉｇｈｔｈｅｒｍａｌ
ｔｏｒｅｄｕｃｅｔｈｅｔｈｅｒｍａｌｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ．Ｔｈｅｒｅａｒｅ
ｍａｎｙａｓｐｅｃｔｓｔｏ

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2.2功率封装的动态特性
如果考虑动态现象(脉冲功率模式)的情况，则PIC的热学行为会随之发生化。这种行为同样可以用一个热电容Cth来代替，它与材料体积V(cm3)，密度ρ(g／cm3)，以及具体热量的比例因子C(Ws/(g×k))成正比：Cth＝c·ρ·V＝m·c。为了根据ΔT计算热量，必须用电容C中的热量计算公式：ΔT·Cth＝P·t＝Q，即ΔT＝P·t/ Cth，功率损耗P代表单位时间传递的热量。
(4)BC工艺：BC工艺在一种工艺内包含有双极型和CMOS元件。这种组合可实现多种模拟功能，如高精度参考电压电路。
(5)CD工艺：CD工艺集CMOS和DMOS元件于一身。这样可将一个大电流、大功率和逻辑功能结合在一个集成电路上。
(6)BCD工艺：BCD工艺将双极型、CMOS和DMOS元件联合在一起，可以制造出具有不同电压等级的元件。CMOS允许高逻辑密度，从而集成微控制器。双极型和CMOS的组合可以实现高精度参考电压电路。DMOS晶体管使开关高电流和高电压(至20A和80V)成为可能。在一些情况下要用到不止一个栅极氧化物层，以实现低电压逻辑电路(如亚微细逻辑)的高集成密度，可能需要多个多晶硅阻性层。凭借先进的BCD技术，可能实现超过25个感光层(掩膜)。但是这会导致比CMOS之类工艺更高的成本。
在Ta＝25℃时测量VF25＝600 mV。
（3）改变Ta(例如85℃)
S1仍然关闭，因此：Pv＝1 W。测量得VF85＝400 mV。
（4）在Ta＝85℃，Pv＝lW, VF＝400 mV条件下确定Tj
由标定曲线可以确定：Tj＝125℃。
（5）计算Rthj-a
实际应用中准确的热电阻值Rthj-a＝(Tj-Ta)/Pv，气流等参数是可以改变的，这不会降低测量的精确度。例如Rthj-a＝(125K-85K)/1W＝40K/W。
和P-T0263-15为例描述了这两种不同的封装和内嵌散热片封装的区别。
随看频率的不断提高，散热面的尺寸成了主要问题，尤其是在使用表贴器件（SMD）时更是如此。芯片技术的改进使得从通孔的封装变到低成本的SMD应用已成为一种趋势。由于印刷电路板(PCB)本身可以作为散热面，因此许多情况下，可以用“硅半导体代替散热片”。
功率损耗Pv出现在芯片表面附近，视作一个电流源。热阻视作一个欧姆电阻。从原理上说等效电路是由一系列局部热阻串联而成。首先近似认为，并联电路上的模塑料的热阻(虚线所示)可以忽略不计。环境温度表示为电压源。以此类推，热流Pv＝Q/t可以借助热等效形式的欧姆定理计算出来：
V＝I·R对应于Tj- Ta＝Pv·Rthj-a(I～Pv，R～Rth，V～T)
功率半导体有两类封装。第一种是在芯片载体引线架上有着散热的表面，表面可以直接焊接。这种封装在芯片和散热面之间有很小的热阻，称为Rthj-c(接到外壳的热阻)。第二种是“热增强型引线架”，从芯片载体连接金属引线到封装的引脚。因为模塑料掩盖了这些细节，
所以从外观上无法与标准器件相区分，和P-T0263-15为例描述了这两种不同的封装。
2.3动态热过程
与电系统类似，认为芯片的热响应是由脉冲电流源作为激励，引起的RC电路电压上升：V(t)＝R·I·(1-et/R·C)
温度上升为：T(t)＝Rth·P·(1-et/(Rth·Cth))
（2）在Ta＝25℃时给器件注人确定的功率损耗
如果开关S1关闭，输出电压VQ＝5V，输出电流为5/35 A，电压调节器芯片的功率损耗Pv＝(V1-VQ)·IQ，总计为1 W。
1.3智能型场效应晶体管(FET)
如果通过附加的P阱和N阱来增强功率MOS管技术，就可以在单片中集成额外的功能。MOS晶体管就成为“智能型”的晶体管。比如可以集成保护和监控功能。由此产生的元器件中没有双极型结构，所以称之为CD技术。其特征尺寸（也就是封装密度）与栅极氧化层的厚度和额外的工艺步骤有关。特征尺寸越小的工艺越难制造，造价也越高。在应用中可以构造出低边（LS）和高边（HS）开关，实现H桥式电路，连接像直流电动机之类的负载，提供双极性电压。
Keyword:power technics power package heat sinkthermal resistance
1引言
功率半导体在工业、汽车、消费电子等领域的应用越来越广泛，主要用于执行机构和供电元。随着功率电子工艺技术的改进和用户对其散热效果要求的提高，早先在功率封装上附加散热片的方法实现起来很困难，而且PCB的布局对散热效果有很大影响，为减小PCB布局难度，要采用新的方法确定功率封装的热阻。
在把PCB作为散热面计算时，必须考虑许多因素。早先的做法是在功率封装上附加一个固体散热片，这样在确定热阻时只须考虑散热的几何尺寸，比较容易实现。但对于SMD来说，确定尺寸就变得很困难，因为必须要分析热量扩散的途径：芯片(连接点)―引线架―封装接触面(容器或引脚)―焊孔―PCB材料―PCB体积―周围环境。图2描述了SMD器件散热的几种可能方式。
2功率电子的封装技术
对于功率半导体而言封装技术有着特殊的重要性。一方面是因为当器件发生故障时，会主动产生功率损耗和高的动态性能。因此，通常情况下MOS晶体管的功率损耗约l～2瓦，而发生短路时功率损耗会以高过三个数量级的数值而上升。在这种情况下芯片、焊料、内嵌散热片都会由于热量的增加而处于极限工作状态。第二个原因是连接的导线要流过大电流，或者要承受大电压。例如，如果一根常规使用的截面积为0.75mm2的电缆的电流密度与芯片内的焊线相同，那么该电缆就需要传输1000A的电流。这意味着，材料在物理上已经达到了极限。由于MOS技术的进步，已经有可能制造出阻抗极低的器件。因此，封装本身内阻(焊线、芯片和内嵌散热片的连接以及内嵌散热片本身)的功率损耗将占更大的比重。
2功率电子的每个独立的产品组都可以采用专用技术来优化实现。
1.1基本工艺:
(1)CMOS工艺：CMOS(互补MOS)只包含P沟道和N沟道，不包括任何双极型和其他器件。这里的晶体管是通过P阱和N阱和一个多晶硅栅构造而成。用多晶硅层构成电阻，使用多晶硅和掺杂的衬底作为电容平板，栅极氧化物作为电介质，CMOS工艺对于构造逻辑功能是最优的。从根本上说，这一工艺可以制造一系列低压器件(5V，3V，1.8V)，实现在极小元件里的高集成密度。
1.2功率MOSFET
功率金属氧化物场效应晶体管(MOSFET)在很多情况下用作开关而很少用到它们的模拟功能。作为开关使用时有下面几种不同的工作状态：
(1)晶体管关断在尽可能高的电压下流过尽可能小的电流。相关的参数是击穿电压和漏电流。
(2)晶体管开通在这种状态下，为了使电流等级尽可能高，导通电阻应尽可能小。相关参数是漏源间导通电阻和最大电流。
功率电子封装技术及确定其热阻的实现方法研究
【来源:SMT信息网】
摘要：随着用户对功率电子散热效果要求的提高，早先在功率封装上附加散热片的方法实现起来很困难。本文在介绍了功率电子器件的工艺技术后，详细地讨论了封装技术对功率电子的重大影响，并以热增强型封装、热插片封装为例，描述了功率封装的动、静态特性，并给出了计算热阻的处理步骤和测量电路，具有一定的参考价值。
关键词：功率工艺功率封装散热片热阻
Power Package and Realistic Method of Thermal Resistance Calculation
Abstract：As users have higher demands to the result of heat sink of the power component，setting heat sinker on the power package is not easy to realize any more. The technics of power component is introduced. Then the great influence of package on power component is illustrated. This paper takes the thermal enhancement-type package and thermal tab package for examples to describe their static and dynamic characteristics. At last the measure steps and circuit of thermal resistance design are presented and have certain referential value.
(2)双极型工艺：双极型工艺使用NPN型和PNP型双极型晶体管作为有源元件。双极型工艺并不需要多晶硅栅。这种工艺步骤很少，性价比高。集成密度取决于工艺的电压等级。通过改变晶体管的尺寸可得到各种不同的电压等级。
(3)DMOS工艺：DMOS(双扩散MOS)晶体管是针对大电流、高电压而优化设计的。为了提高击穿电压而将这类元件设计成长沟道结构。将几个单元并联来实现大电流(低的导通电阻)和高能量密度。DMOS工艺比逻辑工艺具有更厚的栅极氧化层，这样可以制造出更坚固的器件。如果这些基本的工艺以逻辑方式组合起来，可以得到下列不同的组合工艺，根据它们的专有特性可以适用于特定的应用领域。
(3)晶体管开通或关断的过程开关时间应尽可能短，以使移动的电荷数量尽可能小。相关参数是开关时间、跨导和栅极电荷容量。
目前的工艺技术是为高于+200℃的温度而设计的。工作温度高有利于节省硅片面积和应用中的散热成本。因此，开发趋势是要提高结温，延长寿命并提高有源、无源的周期稳固性。另外必须提及的重要稳固性参数是射频发射干扰的阻抗(EMI)和静电防护(ESD)。
由于在这种情况下PCB的布局对散热效果有很大的影响，因此必须采用新的方法。本文以各种封装的典型代表(热增强型封装、热插片封装)为例来说明这种方法的步骤（本文所提及的芯片均为Infineon公司的功率电子产品）。
2.1功率封装的静态特性
功率集成电路(PIC)由一个芯片构成，该芯片用金属焊料或粘合剂安装于芯片载体上。电路板由电的良导体构成，例如铜，而且厚度可为几毫米。图3描述了相关的静态等效电路。