技術發展趨勢的變化和熱設計

 

近年來，“小型化”

、“高功能化”

、“設計靈活性”已經成為半導體元器件技術發展趨勢。在此我們需要考慮的是半導體元器件的這些趨勢將對熱和熱設計產生怎樣的影響。

 

“小型化”

 

產品的小型化需求

，推動了IC
、安裝電路板、其他電容器等元器件的小型化。在半導體元器件的小型化進程中，例如封裝在以往TO-220之類的通孔插裝型較大封裝中的IC芯片，如今封裝在小得多的表麵貼裝型封裝中的情況並不少見。

 

 

而且，還采用了一些提高集成度的方法。例如將同一封裝中搭載的IC芯片調整為2個將其雙重化
，或者通過放入相當於2個芯片的芯片來提高集成度，從而增加單位麵積的功能（功能麵積比）。

 

這樣的元器件小型化和高度集成，將會使發熱量增加。實例如下所示。上方的熱圖像是封裝小型化的示例，是功耗相同的20×20×20mm封裝和10×10×10mm封裝的比較示例。很明顯，較小封裝中表示高溫的紅色更為集中，即發熱量更大。下方為高集成度的示例，對相同尺寸封裝中使用1枚芯片和2枚芯片的產品進行對比時，可以明顯看到溫度的差異也非常明顯。

 

 

而且還進行了高密度安裝，即將小型化、高度集成後的元器件高密度且雙麵安裝在小型電路板上，然後將電路板裝滿殼體。

 

 

高(gao)密(mi)度(du)安(an)裝(zhuang)減(jian)少(shao)了(le)散(san)熱(re)到(dao)電(dian)路(lu)板(ban)上(shang)的(de)表(biao)麵(mian)貼(tie)裝(zhuang)型(xing)器(qi)件(jian)的(de)有(you)效(xiao)散(san)熱(re)範(fan)圍(wei)
，發(fa)熱(re)量(liang)增(zeng)加(jia)。若(ruo)殼(ke)體(ti)內(nei)的(de)環(huan)境(jing)溫(wen)度(du)較(jiao)高(gao)
，可(ke)以(yi)散(san)發(fa)的(de)熱(re)量(liang)會(hui)減(jian)少(shao)。從(cong)結(jie)果(guo)來(lai)看(kan)
，雖(sui)然(ran)原(yuan)來(lai)隻(zhi)有(you)發(fa)熱(re)元(yuan)器(qi)件(jian)周(zhou)圍(wei)為(wei)高(gao)溫(wen)，但(dan)現(xian)在(zai)整(zheng)個(ge)電(dian)路(lu)板(ban)都(dou)呈(cheng)高(gao)溫(wen)狀(zhuang)態(tai)。這(zhe)甚(shen)至(zhi)導(dao)致(zhi)發(fa)熱(re)量(liang)較(jiao)小(xiao)的(de)元(yuan)器(qi)件(jian)溫(wen)度(du)升(sheng)高(gao)。

 

要想提高設備的功能

，需要增加元器件，或使用集成規模更大、能力更高IC，並且還需要提高數據的處理速度、提ti高gao信xin號hao的de頻pin率lv等deng。這zhe些xie方fang法fa使shi功gong耗hao呈cheng日ri益yi增zeng加jia趨qu勢shi，最zui終zhong導dao致zhi發fa熱re量liang增zeng加jia。此ci外wai，在zai處chu理li高gao頻pin時shi
，為wei了le抑yi製zhi噪zao聲sheng輻fu射she，很hen多duo情qing況kuang需xu要yao進jin行xing屏ping蔽bi處chu理li。由you於yu熱re量liang會hui蓄xu積ji在zai屏ping蔽bi層ceng內nei，因yin此ci對dui於yu屏ping蔽bi層ceng內nei的de元yuan器qi件jian而er言yan，溫wen度du條tiao件jian變bian得de更geng差cha。而er且qie很hen難nan以yi提ti高gao功gong能neng為wei理li由you而er擴kuo大da設she備bei尺chi寸cun，因yin此ci會hui變bian成cheng上shang述shu的de高gao密mi度du狀zhuang態tai，從cong而er導dao致zhi殼ke體ti內nei的de溫wen度du升sheng高gao。

 

“設計靈活性”

 

為wei了le使shi產chan品pin與yu眾zhong不bu同tong或huo體ti現xian美mei感gan，越yue來lai越yue多duo的de產chan品pin開kai始shi重zhong視shi設she計ji性xing，甚shen至zhi優you先xian考kao慮lv設she計ji靈ling活huo性xing。其qi弊bi端duan在zai於yu
，由you於yu過guo度du地di高gao密mi度du安an裝zhuang和he無wu法fa合he理li散san熱re而er導dao致zhi殼ke體ti出chu現xian高gao溫wen的de情qing況kuang。簡jian而er言yan之zhi，就jiu是shi手shou拿na著zhe便bian攜xie設she備bei，會hui覺jiao得de很hen燙tang。為wei了le提ti高gao元yuan器qi件jian的de設she計ji靈ling活huo性xing，即ji外wai形xing的de自zi由you度du，如ru上shang所suo述shu可ke采cai用yong小xiao型xing或huo扁bian平ping的de產chan品pin
，但dan是shi更geng加jia優you先xian考kao慮lv設she計ji靈ling活huo性xing的de產chan品pin不bu在zai少shao數shu。

 

問題不僅僅在於發熱量增加和散熱困難

 

如上所述，由於“小型化”、“高功能化”、“設計靈活性”zhesanzhongjishufazhanqushidebianhua

，yijingdaozhifareliangzengjia，xiangyingdi
，sanreyebiandegengnan。yincireshejimianlinzhegengyankedetiaojianheyaoqiu。queshizheshiyigefeichangdadewenti，dantongshihaiyouyigewentixuyaowomenqukaoliang。

 

多(duo)數(shu)情(qing)況(kuang)下(xia)公(gong)司(si)的(de)設(she)備(bei)設(she)計(ji)中(zhong)都(dou)設(she)置(zhi)了(le)對(dui)熱(re)設(she)計(ji)的(de)評(ping)估(gu)標(biao)準(zhun)。如(ru)果(guo)該(gai)評(ping)估(gu)標(biao)準(zhun)比(bi)較(jiao)老(lao)舊(jiu)，未(wei)考(kao)慮(lv)到(dao)最(zui)近(jin)的(de)技(ji)術(shu)發(fa)展(zhan)趨(qu)勢(shi)並(bing)重(zhong)新(xin)進(jin)行(xing)修(xiu)改(gai)，那(na)麼(me)該(gai)評(ping)估(gu)標(biao)準(zhun)本(ben)身(shen)就(jiu)存(cun)在(zai)問(wen)題(ti)。若(ruo)未(wei)進(jin)行(xing)此(ci)類(lei)考(kao)量(liang)，且(qie)根(gen)據(ju)未(wei)考(kao)慮(lv)到(dao)現(xian)狀(zhuang)的(de)評(ping)估(gu)標(biao)準(zhun)進(jin)行(xing)設(she)計(ji)，則(ze)可(ke)能(neng)會(hui)發(fa)生(sheng)非(fei)常(chang)嚴(yan)重(zhong)的(de)問(wen)題(ti)。

 

為了應對技術發展趨勢的變化，需要對熱設計的評估標準進行重新修訂。

 

關鍵要點：

 

●    近年來，半導體元器件的“小型化”、半導體元器件的“高功能化”、半導體元器件的“設計靈活性”已經成為技術發展趨勢。

●    這些技術發展趨勢導致半導體元器件的發熱量增加、散熱變難，熱設計變得更不容易。

●     重新審視現有的半導體元器熱設計評估標準是否符合當前的技術發展趨勢也是非常重要的。

 

 

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