Um die thermischen Anforderungen einer Anwendung zu erfüllen, müssen Entwickler die thermischen Eigenschaften verschiedener Halbleitergehäusetypen vergleichen.In diesem Artikel erläutert Nexperia die Wärmepfade seiner Wire-Bond-Pakete und Chip-Bond-Pakete, damit Designer ein passenderes Paket auswählen können.
Wie Wärmeleitung in drahtgebundenen Geräten erreicht wird
Der primäre Kühlkörper in einem drahtgebundenen Gerät verläuft vom Referenzpunkt der Verbindungsstelle bis zu den Lötstellen auf der Leiterplatte (PCB), wie in Abbildung 1 dargestellt. Nach einem einfachen Algorithmus erster Näherung wird der Effekt der Sekundärleistung ermittelt Der Verbrauchskanal (in der Abbildung dargestellt) ist bei der Berechnung des Wärmewiderstands vernachlässigbar.
Wärmekanäle in drahtgebundenen Geräten
Zwei Wärmeleitungskanäle in einem SMD-Gerät
Der Unterschied zwischen einem SMD-Gehäuse und einem drahtgebundenen Gehäuse hinsichtlich der Wärmeableitung besteht darin, dass die Wärme von der Verbindungsstelle des Geräts über zwei verschiedene Kanäle abgeführt werden kann, d. h. durch den Leadframe (wie im Fall von drahtgebundenen Gehäusen) und durch den Cliprahmen.
Wärmeübertragung in einem Chip-Bond-Gehäuse
Die Definition des Wärmewiderstands der Verbindung zur Lötstelle Rth (j-sp) wird durch das Vorhandensein von zwei Referenzlötstellen zusätzlich erschwert.Diese Referenzpunkte können unterschiedliche Temperaturen aufweisen, wodurch der Wärmewiderstand ein paralleles Netzwerk darstellt.
Nexperia verwendet dieselbe Methode, um den Rth(j-sp)-Wert sowohl für chipgebundene als auch für drahtgelötete Geräte zu extrahieren.Dieser Wert charakterisiert den Hauptwärmepfad vom Chip über den Leadframe bis zu den Lötstellen, sodass die Werte für chipgebundene Geräte den Werten für drahtgelötete Geräte in einem ähnlichen PCB-Layout ähneln.Allerdings wird der zweite Kanal beim Extrahieren des Rth(j-sp)-Werts nicht vollständig genutzt, sodass das gesamte thermische Potenzial des Geräts typischerweise höher ist.
Tatsächlich bietet der zweite kritische Kühlkörperkanal Designern die Möglichkeit, das PCB-Design zu verbessern.Beispielsweise kann bei einem drahtgelöteten Gerät die Wärme nur über einen Kanal abgeführt werden (der größte Teil der Wärme einer Diode wird über den Kathodenstift abgeführt);Bei einem Clip-Bonding-Gerät kann die Wärme an beiden Anschlüssen abgeführt werden.
Simulation der thermischen Leistung von Halbleiterbauelementen
Simulationsexperimente haben gezeigt, dass die thermische Leistung erheblich verbessert werden kann, wenn alle Geräteanschlüsse auf der Leiterplatte über thermische Pfade verfügen.Beispielsweise werden bei der im CFP5-Gehäuse verpackten PMEG6030ELP-Diode (Abbildung 3) 35 % der Wärme über die Kupferklemmen auf die Anodenstifte und 65 % über die Leadframes auf die Kathodenstifte übertragen.
Diode im CFP5-Gehäuse
„Simulationsexperimente haben bestätigt, dass die Aufteilung des Kühlkörpers in zwei Teile (wie in Abbildung 4 dargestellt) der Wärmeableitung zuträglicher ist.
Wenn ein 1-cm²-Kühlkörper in zwei 0,5-cm²-Kühlkörper aufgeteilt wird, die unter jedem der beiden Anschlüsse platziert werden, erhöht sich die Leistungsmenge, die von der Diode bei derselben Temperatur abgeführt werden kann, um 6 %.
Zwei 3-cm²-Kühlkörper erhöhen die Verlustleistung um etwa 20 Prozent im Vergleich zu einem Standard-Kühlkörperdesign oder einem 6-cm²-Kühlkörper, der nur an der Kathode angebracht ist.“
Ergebnisse der thermischen Simulation mit Kühlkörpern in verschiedenen Bereichen und Platinenpositionen
Nexperia hilft Designern bei der Auswahl von Paketen, die besser zu ihren Anwendungen passen
Einige Hersteller von Halbleiterbauelementen stellen Entwicklern nicht die notwendigen Informationen zur Verfügung, um zu bestimmen, welcher Gehäusetyp eine bessere thermische Leistung für ihre Anwendung bietet.In diesem Artikel beschreibt Nexperia die Wärmepfade in seinen drahtgebondeten und Chip-gebondeten Geräten, um Designern dabei zu helfen, bessere Entscheidungen für ihre Anwendungen zu treffen.
Kurze Fakten über NeoDen
① Gegründet im Jahr 2010, mehr als 200 Mitarbeiter, mehr als 8.000 m².Fabrik
② NeoDen-Produkte: PNP-Maschine der Smart-Serie, NeoDen K1830, NeoDen4, NeoDen3V, NeoDen7, NeoDen6, TM220A, TM240A, TM245P, Reflow-Ofen IN6, IN12, Lotpastendrucker FP2636, PM3040
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Zeitpunkt der Veröffentlichung: 13.09.2023