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如何提高芯片級(jí)封裝集成電路的熱性能?

45 2018-01-31
高芯片級(jí)封裝集成電路 金瑞欣

降低CSP器件工作溫度的最終和最有效的方法來(lái)是使在PCB元件側(cè)與IC接觸的銅的用量最大化。PCB的元件側(cè)由于接近周?chē)h(huán)境,是電路板上能夠最有效地將熱量從PCB散開(kāi)的一層。任何內(nèi)層的熱量必須經(jīng)過(guò)PCB表面才可以得到擴(kuò)散。因此必須升高表面的溫度以便熱流從PCB散開(kāi)??梢杂昧硪环N方法來(lái)分析表面銅能夠最有效傳遞熱量的事實(shí),即對(duì)靠近熱源的銅面積與熱路徑長(zhǎng)度的比值進(jìn)行比較。確定最有意義熱路徑的關(guān)鍵是找出那些具有最大比值的路徑,這些路徑是累積性的,可以計(jì)算出這些路徑的數(shù)量并累加,這是計(jì)算個(gè)體潛在的熱阻以及累積傳熱能力的簡(jiǎn)單比較值的一種方式。以一個(gè)6x6陣列的36引腳CSP器件為例,假設(shè)IC有8個(gè)GND引腳,而且每個(gè)都直接連接到GND面??紤]到較薄的通孔壁以及相對(duì)較長(zhǎng)的到下一層的距離,在與一個(gè)連接到PCB元件側(cè)銅表面的0.254mm長(zhǎng)布線進(jìn)行比較時(shí),通孔的面積長(zhǎng)度比(A/L (m2/m)較大。例如,一個(gè)0.152mm直徑的通孔形成了一個(gè)長(zhǎng)度為0.47mm的圓柱體,每個(gè)無(wú)限薄圓筒環(huán)將是大約13.9nm(假設(shè)通孔壁厚鍍層為25μm厚),這將有29μ的熱傳遞比值(A/L)。

現(xiàn)在計(jì)算一個(gè)具有較短側(cè)端布線元件與一個(gè)散熱平面的熱傳遞比值,長(zhǎng)度為0.254mm,含有1盎司銅,寬度為0.254mm,所得到的熱傳遞比值為35μ(A/L)。短的銅布線具有更高的熱傳遞比值,因此比通孔能夠傳遞更多的熱量。現(xiàn)在考慮8個(gè) GND通孔,如果CSP器件21個(gè)四周引腳中的10個(gè)能夠連接到寬的銅表面,總的焊盤(pán)上通孔熱比值將是280μ相對(duì)于350μ。因此,與可用于直接連接到銅平面的可用焊盤(pán)上通孔數(shù)量相比,PCB元件側(cè)的連接有較大的熱路徑比值,并且通常具有更多可連接到可用散熱面的連接。

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