Per soddisfare i requisiti termici di un'applicazione, i progettisti devono confrontare le caratteristiche termiche di diversi tipi di contenitori di semiconduttori.In questo articolo, Nexperia discute i percorsi termici dei suoi pacchetti wire bond e chip bond in modo che i progettisti possano selezionare un pacchetto più appropriato.
Come si ottiene la conduzione termica nei dispositivi cablati
Il dissipatore di calore primario in un dispositivo wire bonded va dal punto di riferimento della giunzione ai giunti di saldatura sul circuito stampato (PCB), come mostrato nella Figura 1. Seguendo un semplice algoritmo di approssimazione del primo ordine, l'effetto della potenza secondaria il canale di consumo (mostrato in figura) è trascurabile nel calcolo della resistenza termica.
Canali termici nei dispositivi wire bonded
Doppi canali di conduzione termica in un dispositivo SMD
La differenza tra un contenitore SMD e un contenitore wire bonded in termini di dissipazione del calore è che il calore proveniente dalla giunzione del dispositivo può essere dissipato lungo due canali diversi, ovvero attraverso il leadframe (come nel caso dei contenitori wire bonded) e attraverso il fotogramma della clip.
Trasferimento di calore in un pacchetto legato a chip
La definizione della resistenza termica della giunzione al giunto di saldatura Rth (j-sp) è ulteriormente complicata dalla presenza di due giunti di saldatura di riferimento.Questi punti di riferimento possono avere temperature diverse, facendo sì che la resistenza termica sia una rete parallela.
Nexperia utilizza la stessa metodologia per estrarre il valore Rth(j-sp) sia per i dispositivi chip-bonded che per quelli saldati a filo.Questo valore caratterizza il percorso termico principale dal chip al leadframe fino ai giunti di saldatura, rendendo i valori per i dispositivi incollati su chip simili ai valori per i dispositivi saldati a filo in un layout PCB simile.Tuttavia, il secondo canale non viene utilizzato completamente quando si estrae il valore Rth(j-sp), quindi il potenziale termico complessivo del dispositivo è generalmente più elevato.
Infatti, il secondo canale critico del dissipatore di calore offre ai progettisti l'opportunità di migliorare la progettazione del PCB.Ad esempio, per un dispositivo saldato a filo, il calore può essere dissipato solo attraverso un canale (la maggior parte del calore di un diodo viene dissipata attraverso il perno del catodo);per un dispositivo collegato a clip, il calore può essere dissipato su entrambi i terminali.
Simulazione delle prestazioni termiche dei dispositivi a semiconduttore
Esperimenti di simulazione hanno dimostrato che le prestazioni termiche possono essere notevolmente migliorate se tutti i terminali del dispositivo sul PCB dispongono di percorsi termici.Ad esempio, nel diodo PMEG6030ELP in package CFP5 (Figura 3), il 35% del calore viene trasferito ai pin dell'anodo attraverso i morsetti in rame e il 65% viene trasferito ai pin del catodo attraverso i leadframe.
Diodo in package CFP5
“Gli esperimenti di simulazione hanno confermato che dividere il dissipatore di calore in due parti (come mostrato nella Figura 4) è più favorevole alla dissipazione del calore.
Se un dissipatore da 1 cm² viene suddiviso in due dissipatori da 0,5 cm² posti sotto ciascuno dei due terminali, la quantità di potenza che può essere dissipata dal diodo alla stessa temperatura aumenta del 6%.
Due dissipatori da 3 cm² aumentano la dissipazione di potenza di circa il 20% rispetto a un design del dissipatore di calore standard o a un dissipatore di calore da 6 cm² collegato solo al catodo."
Risultati della simulazione termica con dissipatori di calore in diverse aree e posizioni della scheda
Nexperia aiuta i progettisti a selezionare i pacchetti più adatti alle loro applicazioni
Alcuni produttori di dispositivi a semiconduttore non forniscono ai progettisti le informazioni necessarie per determinare quale tipo di pacchetto fornirà prestazioni termiche migliori per la loro applicazione.In questo articolo, Nexperia descrive i percorsi termici nei suoi dispositivi wire bonded e chip bonded per aiutare i progettisti a prendere decisioni migliori per le loro applicazioni.
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Orario di pubblicazione: 13 settembre 2023