半导体和IC的温度衡量标准.docx

半导体器件和IC封装温度的衡量源于TI的AN::Junctiontoambientθjma:JunctiontoMovingAirJunction到ambient的热阻是θja,这个参数的测量需要在满足JEDEC的EIA/JFSD51的实验条件下去测量,才有实际应用价值。所以通常情况是除非测试条件明确标注,否则一般不用θja。θja的测试步骤:(根据EIA/JFSD51-1)IC要焊接在一个既能够散热又能够测量温度的试验台上。测量温度的传感器要先校准。封装或者测试板要放在静止的空气(θja)或者流动的空气(θjma)环境中。知道芯片耗散的功率有多少。达到稳态之后再去测量结温。测试的环境温度和测试的结温之间的误差除以耗散的功率就是θja,单位是℃/W。θja不仅仅受封装的影响,还受到很多其它系统特性的影响,比如电路的布局。测试板相当于一块散热片,而芯片放在不同的板材上,那么散热的效果不同,测试得到的θja也是不同的。实际上,在静态空气中按照JEDEC的标准去测试的θja,芯片产生的热量有70~95%是通过测试板消散的,而不是通过芯片的表面去散热的。因此不能使用下面的公式去计算:下表列出了在所有材料都相同的情况下,各个因素对θja的影响:由于θja并不是芯片封装本身的特性,而是已经将封装、PCB和其它外在因素也考虑在内,因此能够用于和其它公司的芯片进行比较。测试电路板的影响一个单层板和一个4层板对比,对于同样的封装的芯片,温差最大达到了50%。如下图所示:可见,不同封装的芯片,1层板的温度都要比4层(2层信号2层功率)板高。芯片大小的影响芯片内部的封装的焊盘大小对于θja的影响是双倍的。一方面,它能把芯片内部的能量从比较热的点传播到更广的范围内,另一方面,它又能够将热量更好地传递到芯片的引脚和焊球上,之后再传导到PCB上。下图显示的是芯片尺寸对温度的影响,能够看到,尺寸不同,温度相差能够达到8倍。纬度纬度不同,环境也会不一样。环境温度θja会随着环境温度的变化而变化。TI的温度实验室显示,在环境温度从0度到100度变化时,θja会有10~20%的提高,θja在100度时,比在0度的环境温度下要提高了20%左右。PowerDissipation当封装的功耗增倍时,θja可能会增加3%左右。封装的温度越高,芯片向周围散热的效率越高。=θja+θca。但是这个式子现在已经没有太大意义了,在过去芯片都是金属封装,芯片与PCB板之间没有太多热耦合的情况下,能够使用这个式子,而且能够使用下式来进行温度计算:这个公式是没有太大价值的,因为对于塑封的芯片,只有很少一部分的能量是会对流或者传递到封装的表面,很多的模型中,60~95%的热量都直接传导到直接与芯片接触的PCB上。如果直接使用上式去计算,认为所有的热量都通过芯片外壳散发出去,那么计算出来的结温要比实际的结温要高。不过在使用散热片时,还是要使用θjc。其中θsa是sink-to-ambient的热阻,θcs表示case-to-sink的热阻。此时在计算θsa使用的环境温度,测试点要稍微远离散热片。上面这个公式比较准确,因为θjc比θja要小,这也意味着在使用有效的散热片时,热量都通过芯片的外壳到散热片散发出去了。下面这个公式能够更精确地表述,不论θja,θjc,θ