热建模设计应对汽车电子散热三大挑战

热建模设计应对汽车电子散热三大挑战

热建模设计应对汽车电子散热三大挑战
散热为什么很重要？对于大多数半导体应用来说，快速转移裸片热量并使热量散发到
更大的系统中去可以防止硅片上产生热量高度集中的区域。

硅裸片的典型工作温度从105℃到150℃，取决于具体的应用。在较高温度时，金属扩散越
来越厉害，最终器件将因短路而发生故障。

裸片的可靠性很大程度上取决于裸片在高温环境下所处的时间。在很短的时间内，硅裸
片可以承受的温度远高于经公布的可接受值。但是，随着时间的推移，器件的可靠性将
受到影响。

由于存在功率需求和发热限制之间的这种微妙平衡，热建模已经成为汽车行业的一种重
要工具。汽车安全行业如今追求的是更小的组件和更少的器件数量，这迫使半导体供应
商用更高的功耗换取在芯片中集成更多功能。

由此产生的更高温度最终将影响可靠性，进而影响汽车安全性。但通过在设计周期早期
优化裸片布局和电能脉冲时序，设计工程师可以用更少的硅测试装置提供最优化的设计
，从而进一步缩短开发周期。

半导体热封装

汽车电子行业使用多种不同的半导体封装类型，从小型单功能晶体管到复杂的功率封装
，后者能够提供100条以上引线以及专门设计的散热功能。

半导体封装的作用是保护裸片，在系统中提供器件与外部无源器件之间的电气连接以及
散热管理。本节将主要讨论半导体封装在裸片散热方面的性能。

在引线式封装中，裸片被安装在一个称为裸片焊盘的金属盘上。这种焊盘在整个制造期
间支撑裸片，并提供良好的导热表面。汽车行业中的常见半导体封装类型是裸焊盘，或
者叫做PowerPAD型封装(图1)。
[pic]

裸片焊盘底部是裸露的，且被直接焊接到PCB上，以提供从裸片到PCB的直接热量传递。
主要散热路径向下穿过焊接到电路板的裸焊盘，这样热量可以通过PCB散发到周围环境中
。

裸焊盘型封装通过封装底部传导约80%的热量到PCB，剩下2