散熱設計 散熱,主要就是要降低熱阻,增加熱流動, 讓IC介面的工作溫度維持在適當範圍內。 被動式散熱:改變材料的性質、尺寸、配置。 由並聯熱阻得知,一個大熱阻並 聯一個小熱阻,其等效熱阻會小 於小熱阻。 主動式散熱:加裝散熱片、風扇、熱管、熱電 冷卻元件。
晶片和氧化鋁基板接觸區圖(1%接觸、99%間隙空氣) Si 晶片 空氣 d 氧化鋁基板
晶片和氧化鋁基板接觸區的等效熱阻圖 Si T 接觸區 R 間隙區 R 1% 99% 3 2 O Al T
已知IC晶片和氧化鋁陶瓷基板封裝,因氧化鋁表面粗糙造成凹凸不平高度d=20um,接觸面積1cm2,只有1%實際接觸、99%為間隙充滿空氣。 ΔT=TSi-TAl2O3=10OC, 熱阻為 R接觸區=d/(0.01xAxK氧化鋁)=20x10-6/(0.01x1x10-4x22) =0.91 OC / W R間隙區=d/(0.99xAxK空氣)=20x10-6/(0.99x1x10-4 x0.026)=7.77 OC / W
等效熱阻為 Reff=0.91x7.77/(0.91+7.77)=0.81 OC / W 由晶片傳到氧化鋁基板的熱量為 Q=ΔT/Reff=10/0.81=12.28 W
如果用導熱膠將間隙填滿, R間隙區=d/(0.01xAxK導熱膠)=20x10-6/(0.99x1x10-4 x1.1)=0.18 OC / W 等效熱阻為 Reff=0.91x0.18/(0.91+0.18)=0.15 OC / W 由晶片傳到氧化鋁基板的熱量仍為12.28 W 溫度差為 ΔT=QxReff=12.28x0.15=1.85 OC 晶片的溫度藉由使用導熱膠散熱而降低了8.15 OC
PBGA封裝之電路板內藏熱貫孔示意圖 被動式散熱
Flip Chip PBGA封裝從晶片到散熱器之間使用導熱膠、銅片、銲錫等來降低熱阻(增加熱流) 主動式散熱
晶片內藏微流道之示意圖 主動式散熱