作者：吳英超

摘要

封裝熱阻參數θja 的標稱有較大差異。其原因是該參數對焊接區設計依賴大。熱像對比實驗證實 相同封裝的散熱能力接近，盡管其標稱參數有差異。

1 引言

封裝集成電路的熱阻反映的是參與到散熱過程中的所有部分在該幾何和物理組合下的特性。以 薄膜集成電路為例，其發熱部分是由結、連線和半導體極化物形成的薄膜層；從這一層到封裝外表面或者外部的空氣，參與導熱的部分包括承載這層薄膜的基底硅片、粘接劑、金屬引線、填料、金 屬托架、引腳和封殼等等。

2 熱阻參數

熱阻參數一般包括結到空氣、結到外殼和結到基板三個熱阻 θja、θjc 和 θjb¹ 。θjc 和 θjb 是針對 以外殼為主散熱面和以基板為散熱面加裝散熱器的封裝的；例如頂面壓裝散熱器的 BGA 封裝和底面 壓接散熱器的 TO220 封裝。利用在散熱面（封裝頂面或底面）上加裝高導熱散熱器形成恒溫面和利 用絕熱材料限制其它方向的散熱，可保證 θjc 和 θjb 測定的一致性。θja 測定不能人為采取措施限制 熱流導向，同時溫度梯度變化較大的發熱點附近的微小差異都會影響熱流分配、不容易保證一致性。

3 θja 測定

θja 是在開放空間內弱自然對流或風洞強制氣流兩種情況下測定；如果不加以說明，則指開放空 間內弱自然對流條件下測定的參數。其公式表達為：

θja = (Tj - Ta) /Pd (1)

其中，Тj 為芯片的結溫，Тa 為環境溫度，Pd 為在結區的發熱功率。

高功率密度或者特別關注工作溫度的集成電路 ² 一般是利用設計、制作在其上的二極管直接測 量結溫 ³ ，進而測定 θja。一般集成電路采用熱測試片芯取代實際的片芯測定 ⁴ 。測定時熱測試芯片要 模仿實際片芯的情況安裝。θja 的測定標準 ⁵ 給出了兩類測試載板，分別對應高覆銅率和低覆銅率印 制板的典型情況。包括外露托架在內的焊盤如何處理則是因器件和廠家而不同的，而焊盤路徑是無 散熱器封裝集成電路的主要散熱熱流路徑，也是封裝創新的主要著手點；其不同處理導致 θja 的測 定值不同。

4 θja 標稱差異

SGM2019 和 LP5951 是封裝、制程、片芯尺寸和外部電路相同的兩個 LDO 芯片，其標稱 θja 分 別為 260℃/W 和 220℃/W⁶ 。為了理解這一差異，設計了元件位置和測試放置全部交錯 2 個實驗板以 對比其散熱特性。圖 1 是這兩個實驗板的穩定熱像。試驗中的 8 個芯片的發熱功率完全一致；熱像 上溫度較低芯片的托架引腳連接的焊盤是在大面積覆銅上鏤出的，散熱面積大。可見單個引腳的焊 盤設計差異就足以引起顯著的表面溫度差異。進一步詳細觀察可以看到器件位置的靠里、靠外也使 得溫度有所不同；同時，標稱散熱較差的 SGM2019 的表面溫度反而更低一些 ⁷ 。從這個實驗看，這 兩個芯片的散熱能力是非常接近，并沒有如其標稱熱阻所反映的差異；標稱差異只能來源于其測定 板焊接部分的設計差異。

1 網上可方便找到有關封裝集成電路熱阻及其測量的文章，大多包括對 SEMI 320-96、JEDEC JESD51-4 以及 MIL883 等標準引用可供參考。

2 例如在大規模 ASIC、FPGA、CPU 和高可靠功率器件中。

3 對二極管施加恒流偏置時，其正向壓降與其結溫有明確的、本征性的線性關系。通過預先刻度，可以準確確定特 定恒流偏置時壓降和溫度的關系。

4 更多介紹參考 //www.ieechina.com/upload/books/IC.pdf ，劉君愷，《IC 封裝熱阻的定義及測量技術》。

5 即 SEMI 320-96、JEDEC JESD51-4 以及 MIL883 等標準。

6 參數引用自 SGM2019 和 LP5951 的公開數據表。

7 圣邦微電子公司并不因此測試調整其數據表參數。