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如何提高芯片级封装集成电路的热性能?

高芯片级封装集成电路 金瑞欣

降低CSP器件工作温度的最终和最有效的方法来是使在PCB元件侧与IC接触的铜的用量最大化。PCB的元件侧由于接近周围环境,是电路板上能够最有效地将热量从PCB散开的一层。任何内层的热量必须经过PCB表面才可以得到扩散。因此必须升高表面的温度以便热流从PCB散开。可以用另一种方法来分析表面铜能够最有效传递热量的事实,即对靠近热源的铜面积与热路径长度的比值进行比较。确定最有意义热路径的关键是找出那些具有最大比值的路径,这些路径是累积性的,可以计算出这些路径的数量并累加,这是计算个体潜在的热阻以及累积传热能力的简单比较值的一种方式。以一个6x6阵列的36引脚CSP器件为例,假设IC有8个GND引脚,而且每个都直接连接到GND面。考虑到较薄的通孔壁以及相对较长的到下一层的距离,在与一个连接到PCB元件侧铜表面的0.254mm长布线进行比较时,通孔的面积长度比(A/L (m2/m)较大。例如,一个0.152mm直径的通孔形成了一个长度为0.47mm的圆柱体,每个无限薄圆筒环将是大约13.9nm(假设通孔壁厚镀层为25μm厚),这将有29μ的热传递比值(A/L)。

现在计算一个具有较短侧端布线元件与一个散热平面的热传递比值,长度为0.254mm,含有1盎司铜,宽度为0.254mm,所得到的热传递比值为35μ(A/L)。短的铜布线具有更高的热传递比值,因此比通孔能够传递更多的热量。现在考虑8个 GND通孔,如果CSP器件21个四周引脚中的10个能够连接到宽的铜表面,总的焊盘上通孔热比值将是280μ相对于350μ。因此,与可用于直接连接到铜平面的可用焊盘上通孔数量相比,PCB元件侧的连接有较大的热路径比值,并且通常具有更多可连接到可用散热面的连接。

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