pcb,熱阻,散熱設(shè)計

1、散熱設(shè)計（二）IC封裝熱阻的封裝設(shè)計方法IC封裝輕薄短小以及發(fā)熱密度不斷提升的趨勢，散熱問題日益重要，如何降低封裝熱阻以也不盡相同，本片文中將介紹各種封裝形式，包括導線架(Leadframe)形式、球狀格子數(shù)組形式(BGA)以及覆晶(FlipChip)形式封裝的散熱增進設(shè)計方式及其影響。前言CD、掌上型計算機等個人化的產(chǎn)品也成為重要的發(fā)展IC 功能也越來越強、運算速度越來越快、體積卻越來越小，如所示。整個演進的趨勢正以驚人的速度推進，而對這種趨勢能造成阻礙的一個主要因素就是ICICIC因過熱而影響到產(chǎn)品的可靠性，造成壽命減低甚至損毀的結(jié)果。1 IC 尺寸演進圖 2 Intel CPU 發(fā)熱功率

2、趨勢PCB 穿孔的安裝方式到目前以表面黏著的型式，PCB 上可以安裝更多更ICIC PCB 封裝層級的散熱問題就特別重要了。IC封裝的型式很多，如所示，包括了以導線腳或是以錫球連接于印刷電路板上的方式， TSOP、QFP、LCC等封裝，是由金屬導線架支撐封裝結(jié)構(gòu)，借著兩面PCBBGA的封裝方式，是藉由封裝下方的錫球PCB連接。以覆晶方式的封裝則是由錫球及底層填充材料（underfill）將芯片以裸晶的方式安裝于基板(substrate)(Flip Chip BGA (FCBGA)封裝)PCB 上(Flip-Chip on board (FCOB) 或 Direct Chip Attach (D

3、CA) 。IC 封裝熱傳基本特性評估 IC 封裝之散熱性能可以下式表示之1,2：RJA 稱為由芯片接點到環(huán)境之熱阻，TJ 為接點溫度，TA 為環(huán)境溫度，Pd 為消耗電力。上RJA 之定義代表芯片的散熱性能，較低的值表示較好的散熱效果。由于接點溫度無法直接得JEDEC SEMI 3,43D 的計算流力軟件，來仿真芯片的實際溫度變化情形【5ICICPCB板IC以自然對流方式傳熱時，向上傳的部分很小，而向下傳到板子則PCB中，如BGA的散熱方式則是藉由基板（substrate）及錫球（solderPCB中，如所示，覆晶PCBBGAFCOBPCB85%，88%95%。由QFPBGA中的基板及錫球，都和

4、散熱設(shè)計有很大關(guān)散熱裝置等方式來作改善。3 各種封裝型式的散熱路徑PCB 上，因此散熱效果會最好。以相同封裝面積(foot area)12mm12mm 而言，QFP，BGA Flip chip 50/W，36/W 20/W。散熱性能增強之討論【8,9】 將分別就三種封裝形式的散熱設(shè)計作詳細討論。1. 導線架型式之封裝TSOPQFPPLCC 等封裝，雖然腳數(shù)及外型不同，但是結(jié)構(gòu)上是類似的，因而散熱改善的方式也有共通性，以下討論組件各種散熱改善方式及效果。對 于 QFP 100PQFP(100 pin) 100PQFPK=3.0/W64PQFP則可降15/W。使用熱傳導性高之導線架。Alloy-4

5、2所示。4 模塑材料及導線架材料傳導性對熱阻之影響減少導線及支撐墊的間隙。 1420 PQFP10/W。ICPCB的間距。ICIC15050m， 1010PQFP而言，RJA5/W2828mmPQFP240 100m4/W。熔接的導線。64PQFP17/W，對208PQFP9/W，此設(shè)計。加裝散熱片IC中安裝散熱片，其中一種安裝方式是裝入一個厚的散熱片，一面暴QFPHQFP(Heat-spreaderenhancedQuadFlatPack)【5IC中裝入一片薄的散熱片。加裝散熱片的目的是增加熱傳量，因此適當之形狀是很重要的，各種散熱片的型式如所示，一般而言，散熱片設(shè)計之準則為增加面積要比增加

6、散熱片的效果如所示。5 各種散熱片安裝方式6 各種散熱片安裝方式的散熱效果以下將討論兩種比較特殊的導線接腳型式的散熱效果：LOC（Lead OnChip）TSOPSOJ等兩面接腳的封裝型式，將導TSOP 4014/W。QLP（Quad LeadlessPackage）QFPCSP型式，如所示，比較 77mmQFP 及 77mmQLP，熱阻值約可降低 25/W。7LOC的封裝型式8QLP的封裝型式3. BGA 之封裝階層熱傳改善之討論【8,9】BGA 組件的散熱改善方式有如所示的幾種方法，說明如下：使用散熱錫球（thermalball）及散熱通道（thermalvia）協(xié)助散熱BGA 散熱的最好

7、方式是使用散熱用錫球，散熱用錫球是指直接安裝在芯片正下方基板下的PCB 上，而減少空氣造成的熱阻。一般為了使散熱到球更迅27mmBGA 7/W，如、所示。10 不同球數(shù)目、基板層數(shù)和熱阻值的關(guān)系，（1d2層板2d，2（3d，4（4d4層板11 球數(shù)目（a）352 及（b）388 之分布關(guān)系接面向下(cavitydown)BGA封裝形式在接合面向下（Cavity down）形式的BGA 可以加裝散熱片以幫助散熱，而主要的散熱路徑為 IC散熱片（基板）14/W裝表面可直接放置散熱片(heat sink)，因此熱阻更容易降低。采用多層的基板PCB BGA，27mm BGABGA5/W ，35mmBG

8、ABGA， 7/W。嵌入式的散熱片（Metalslug）和前述倒線架形式封裝的散熱片安裝方式類似，嵌入方式的散熱片則可用于接合面向上（ cavity up）形式的裝置，將芯片直接安裝在嵌入的散熱片上，再藉由錫球裝置于板上，熱阻也約可有14/W 的改善。3. 覆晶直接承載 IC 熱傳改善之討論【10】FCOB PCB 5%增加散熱用球的影響對于 88mm 的型式而言，下方長滿球和只有周圍長球的型式相比，約減少 /W。underfill 材料。88mm （傳導性K）其熱阻值比起一般的材料（熱阻值K）只增加約W。加裝熱擴散片1212mm的型式而言，加裝 50503mm 的散熱片，熱阻可由/W 減少至 11/W。結(jié)論 (如散