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:SPRA953 B ja: Junction to ambient θ jma: Junction to Moving Air Junction 到 ambient 的热阻是θ ja ,这个参数的测量需要在满足 JEDEC 的 EIA/JFSD 51 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θ ja。θ ja 的测试步骤:(根据 EIA/JFSD 51-1 ) a. IC 要焊接在一个既可以散热又可以测量温度的试验台上。 b. 测量温度的传感器要先校准。 c. 封装或者测试板要放在静止的空气(θ ja) 或者流动的空气(θ jma) 环境中。 d. 知道芯片耗散的功率有多少。 e. 达到稳态之后再去测量结温。 f. 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θ ja ,单位是℃/W 。 θ ja 不仅仅受封装的影响,还受到很多其他系统特性的影响,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θ ja 也是不同的。实际上, 在静态空气中按照 JEDEC 的标准去测试的θ ja ,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: )( Pd TT ja ambient junction ????下表列出了在所有材料都相同的情况下,各个因素对θ ja 的影响: 由于θ ja 并不是芯片封装本身的特性,而是已经将封装、 PCB 和其他外在因素也考虑在内, 因此可以用于和其他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θ ja 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,它又可以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,可以看到,尺寸不同,温度相差可以达到 8 倍。 纬度纬度不同,环境也会不一样。 环境温度θ ja 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, θ ja 会有 10~20% 的提高, θ ja在 100 度时,比在 0 度的环境温度下要提高了 20% 左右。 Power Dissipation 当封装的功耗增倍时, θ ja 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。 jc和θ ja θ ja=θ ja+θ ca 。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,可以使用这个式子,而且可以使用下式来进行温度计算: )( Pd TT jc case junction ????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