電腦cpu主板采用的是bg電子燒結(jié)模式

1、電腦cpu主板采用的是bg電子燒結(jié)模式電子封裝形式有很多種，并且大多數(shù)引進(jìn)了現(xiàn)在的高科技電子產(chǎn)品中，比如我們平常最親密的電腦，他們是什么樣的封裝形式呢？并且有什么技術(shù)特點(diǎn)呢？這將是這篇文章所闡述的一個重點(diǎn)。從前電腦cpu大多數(shù)主板采用網(wǎng)格陣列電子燒結(jié)出的電子封裝模式。特點(diǎn)是操作便捷，可靠性高，使用壽命長?，F(xiàn)在隨著電子產(chǎn)品行業(yè)水平的日新月異，在3,4年前，電腦cpu主板開始采用bg封裝模式，這種封裝模式的應(yīng)用推進(jìn)了電子業(yè)的發(fā)展。其特點(diǎn)是引腳大量增加，不必再主板上打孔，主板表面有相應(yīng)的引腳焊點(diǎn)。這種方法錫焊上去的如果不用專用工具是很難給去下來的，所以穩(wěn)定性比較強(qiáng)。在電子封裝技術(shù)不斷發(fā)展的前提下，各

2、種集成電路也在不斷的發(fā)展，最終是促進(jìn)了電子行業(yè)的前進(jìn)。 功率電子封裝技術(shù)及確定其熱阻的實(shí)現(xiàn)方法研究摘要：隨著用戶對功率電子散熱效果要求的提高，早先在功率封裝上附加散熱片的方法實(shí)現(xiàn)起來很困難。本文在介紹了功率電子器件的工藝技術(shù)后，詳細(xì)地討論了封裝技術(shù)對功率電子的重大影響，并以熱增強(qiáng)型封裝、熱插片封裝為例，描述了功率封裝的動、靜態(tài)特性，并給出了計算熱阻的處理步驟和測量電路，具有一定的參考價值。關(guān)鍵詞：功率工藝 功率封裝 散熱片 熱阻Power Package and Realistic Method of Thermal Resistance CalculationAbstract：As user

3、s have higher demands to the result of heat sink of the power component，setting heat sinker on the power package is not easy to realize any more. The technics of power component is introduced. Then the great influence of package on power component is illustrated. This paper takes the thermal enhance

4、ment-type package and thermal tab package for examples to describe their static and dynamic characteristics. At last the measure steps and circuit of thermal resistance design are presented and have certain referential value. Keyword: power technics power package heat sink thermal resistance 1 引言 功率

5、半導(dǎo)體在工業(yè)、汽車、消費(fèi)電子等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，主要用于執(zhí)行機(jī)構(gòu)和供電元。隨著功率電子工藝技術(shù)的改進(jìn)和用戶對其散熱效果要求的提高，早先在功率封裝上附加散熱片的方法實(shí)現(xiàn)起來很困難，而且PCB的布局對散熱效果有很大影響，為減小PCB布局難度，要采用新的方法確定功率封裝的熱阻。2 功率電子的工藝技術(shù)功率半導(dǎo)體產(chǎn)品的集成水平（復(fù)雜性）決定其產(chǎn)品性能。每個獨(dú)立的產(chǎn)品組都可以采用專用技術(shù)來優(yōu)化實(shí)現(xiàn)。1.1  基本工藝: (1)CMOS工藝：CMOS(互補(bǔ)MOS)只包含P溝道和N溝道，不包括任何雙極型和其他器件。這里的晶體管是通過P阱和N阱和一個多晶硅柵構(gòu)造而成。用多晶硅層構(gòu)成電阻，使用多晶硅

6、和摻雜的襯底作為電容平板，柵極氧化物作為電介質(zhì)，CMOS工藝對于構(gòu)造邏輯功能是最優(yōu)的。從根本上說，這一工藝可以制造一系列低壓器件(5V，3V，1.8V)，實(shí)現(xiàn)在極小元件里的高集成密度。(2)雙極型工藝：雙極型工藝使用NPN型和PNP型雙極型晶體管作為有源元件。雙極型工藝并不需要多晶硅柵。這種工藝步驟很少，性價比高。集成密度取決于工藝的電壓等級。通過改變晶體管的尺寸可得到各種不同的電壓等級。(3)DMOS工藝：DMOS(雙擴(kuò)散MOS)晶體管是針對大電流、高電壓而優(yōu)化設(shè)計的。為了提高擊穿電壓而將這類元件設(shè)計成長溝道結(jié)構(gòu)。將幾個單元并聯(lián)來實(shí)現(xiàn)大電流(低的導(dǎo)通電阻)和高能量密度。DMOS工藝比邏輯工藝

7、具有更厚的柵極氧化層，這樣可以制造出更堅(jiān)固的器件。如果這些基本的工藝以邏輯方式組合起來，可以得到下列不同的組合工藝，根據(jù)它們的專有特性可以適用于特定的應(yīng)用領(lǐng)域。(4)BC工藝：BC工藝在一種工藝內(nèi)包含有雙極型和CMOS元件。這種組合可實(shí)現(xiàn)多種模擬功能，如高精度參考電壓電路。(5)CD工藝：CD工藝集CMOS和DMOS元件于一身。這樣可將一個大電流、大功率和邏輯功能結(jié)合在一個集成電路上。(6)BCD工藝：BCD工藝將雙極型、CMOS和DMOS元件聯(lián)合在一起，可以制造出具有不同電壓等級的元件。CMOS允許高邏輯密度，從而集成微控制器。雙極型和CMOS的組合可以實(shí)現(xiàn)高精度參考電壓電路。DMOS晶體管

8、使開關(guān)高電流和高電壓(至20A和80V)成為可能。在一些情況下要用到不止一個柵極氧化物層，以實(shí)現(xiàn)低電壓邏輯電路(如亞微細(xì)邏輯)的高集成密度，可能需要多個多晶硅阻性層。憑借先進(jìn)的BCD技術(shù)，可能實(shí)現(xiàn)超過25個感光層(掩膜)。但是這會導(dǎo)致比CMOS之類工藝更高的成本。1.2 功率MOSFET 功率金屬氧化物場效應(yīng)晶體管(MOSFET)在很多情況下用作開關(guān)而很少用到它們的模擬功能。作為開關(guān)使用時有下面幾種不同的工作狀態(tài)： (1)晶體管關(guān)斷 在盡可能高的電壓下流過盡可能小的電流。相關(guān)的參數(shù)是擊穿電壓和漏電流。 (2)晶體管開通 在這種狀態(tài)下，為了使電流等級盡可能高，導(dǎo)通電阻應(yīng)盡可能小。相關(guān)參數(shù)是漏源間

9、導(dǎo)通電阻和最大電流。 (3)晶體管開通或關(guān)斷的過程 開關(guān)時間應(yīng)盡可能短，以使移動的電荷數(shù)量盡可能小。相關(guān)參數(shù)是開關(guān)時間、跨導(dǎo)和柵極電荷容量。 目前的工藝技術(shù)是為高于+200的溫度而設(shè)計的。工作溫度高有利于節(jié)省硅片面積和應(yīng)用中的散熱成本。因此，開發(fā)趨勢是要提高結(jié)溫，延長壽命并提高有源、無源的周期穩(wěn)固性。另外必須提及的重要穩(wěn)固性參數(shù)是射頻發(fā)射干擾的阻抗(EMI)和靜電防護(hù)(ESD)。1.3 智能型場效應(yīng)晶體管(FET) 如果通過附加的P阱和N阱來增強(qiáng)功率MOS管技術(shù)，就可以在單片中集成額外的功能。MOS晶體管就成為“智能型”的晶體管。比如可以集成保護(hù)和監(jiān)控功能。由此產(chǎn)生的元器件中沒有雙極型結(jié)構(gòu)，所

10、以稱之為CD技術(shù)。其特征尺寸（也就是封裝密度）與柵極氧化層的厚度和額外的工藝步驟有關(guān)。特征尺寸越小的工藝越難制造，造價也越高。在應(yīng)用中可以構(gòu)造出低邊（LS）和高邊（HS）開關(guān)，實(shí)現(xiàn)H橋式電路，連接像直流電動機(jī)之類的負(fù)載，提供雙極性電壓。1.4 智能功率集成電路 采用CD技術(shù)，芯片沒有模擬功能，而且特征尺寸也不是特別大。這個缺陷可由智能功率技術(shù)（SPT）來彌補(bǔ)，從而形成具有功率輸出級的集成電路，即功率IC（PIC），制造自由連接式功率晶體管。在應(yīng)用中除了上面提到的低邊和高邊開關(guān)外，還可以實(shí)現(xiàn)重要的半橋電路。它由兩個快速關(guān)斷的串連MOS晶體管組成。另外，也可以實(shí)現(xiàn)可供電的CAN收發(fā)器之類的各種模擬

11、與數(shù)字相結(jié)合的路。2 功率電子的封裝技術(shù) 對于功率半導(dǎo)體而言封裝技術(shù)有著特殊的重要性。一方面是因?yàn)楫?dāng)器件發(fā)生故障時，會主動產(chǎn)生功率損耗和高的動態(tài)性能。因此，通常情況下MOS晶體管的功率損耗約l2瓦，而發(fā)生短路時功率損耗會以高過三個數(shù)量級的數(shù)值而上升。在這種情況下芯片、焊料、內(nèi)嵌散熱片都會由于熱量的增加而處于極限工作狀態(tài)。第二個原因是連接的導(dǎo)線要流過大電流，或者要承受大電壓。例如，如果一根常規(guī)使用的截面積為0.75mm2的電纜的電流密度與芯片內(nèi)的焊線相同，那么該電纜就需要傳輸1000A的電流。這意味著，材料在物理上已經(jīng)達(dá)到了極限。由于MOS技術(shù)的進(jìn)步，已經(jīng)有可能制造出阻抗極低的器件。因此，封裝本

12、身內(nèi)阻(焊線、芯片和內(nèi)嵌散熱片的連接以及內(nèi)嵌散熱片本身)的功率損耗將占更大的比重。功率半導(dǎo)體有兩類封裝。第一種是在芯片載體引線架上有著散熱的表面，表面可以直接焊接。這種封裝在芯片和散熱面之間有很小的熱阻，稱為Rthj-c (接到外殼的熱阻)。第二種是“熱增強(qiáng)型引線架”，從芯片載體連接金屬引線到封裝的引腳。因?yàn)槟Ｋ芰涎谏w了這些細(xì)節(jié)，所以從外觀上無法與標(biāo)準(zhǔn)器件相區(qū)分，和P-T0263-15為例描述了這兩種不同的封裝。和P-T0263-15為例描述了這兩種不同的封裝和內(nèi)嵌散熱片封裝的區(qū)別。隨看頻率的不斷提高，散熱面的尺寸成了主要問題，尤其是在使用表貼器件（SMD）時更是如此。芯片技術(shù)的改進(jìn)使得從通孔

13、的封裝變到低成本的SMD應(yīng)用已成為一種趨勢。由于印刷電路板(PCB)本身可以作為散熱面，因此許多情況下，可以用“硅半導(dǎo)體代替散熱片”。在把PCB作為散熱面計算時，必須考慮許多因素。早先的做法是在功率封裝上附加一個固體散熱片，這樣在確定熱阻時只須考慮散熱的幾何尺寸，比較容易實(shí)現(xiàn)。但對于SMD來說，確定尺寸就變得很困難，因?yàn)楸仨氁治鰺崃繑U(kuò)散的途徑：芯片(連接點(diǎn))引線架封裝接觸面(容器或引腳)焊孔PCB材料PCB體積周圍環(huán)境。圖2描述了SMD器件散熱的幾種可能方式。由于在這種情況下PCB的布局對散熱效果有很大的影響，因此必須采用新的方法。本文以各種封裝的典型代表(熱增強(qiáng)型封裝、熱插片封裝)為例來說

14、明這種方法的步驟（本文所提及的芯片均為Infineon公司的功率電子產(chǎn)品）。 2.1 功率封裝的靜態(tài)特性 功率集成電路(PIC)由一個芯片構(gòu)成，該芯片用金屬焊料或粘合劑安裝于芯片載體上。電路板由電的良導(dǎo)體構(gòu)成，例如銅，而且厚度可為幾毫米。圖3描述了相關(guān)的靜態(tài)等效電路。 功率損耗Pv出現(xiàn)在芯片表面附近，視作一個電流源。熱阻視作一個歐姆電阻。從原理上說等效電路是由一系列局部熱阻串聯(lián)而成。首先近似認(rèn)為，并聯(lián)電路上的模塑料的熱阻(虛線所示)可以忽略不計。環(huán)境溫度表示為電壓源。以此類推，熱流PvQ/t可以借助熱等效形式的歐姆定理計算出來： VI·R對應(yīng)于Tj- TaPv·Rthj-a

15、 (IPv， RRth ， VT) 從上式我們可以得到：Pv-Ta/Rthj-a+Tj/ Rthj-a， 這是一條以斜率為-1/ Rthj-a的下降直線，零點(diǎn)在Tj 。 給出了對應(yīng)于標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用電路板（PCB散熱面積為400mm2）上的P-DSO-14-4(熱增強(qiáng)型功率封裝)的函數(shù)。功率損耗是環(huán)境溫度Ta的函數(shù)。從上面的函數(shù)可以直接推導(dǎo)出任何環(huán)境溫度下的允許功率損耗。例如，Ta85時允許功率損耗總計Pv(Tj-Tmax)/ Rthj-a65K/(92K/W)0 而在熱插片封裝中，功率損耗是封裝溫度Tc的函數(shù)，這是因?yàn)橹圃煺卟⒉恢谰唧w熱電阻。如前所示，這個函數(shù)仍然是一條下降的直線，在這種

16、情況下，斜率為-l/ Rthj-a，零點(diǎn)在Tj。以P-T0252-3-1（熱插片型功率封裝）為例，圖5描述了這一函數(shù)。從圖中可見Pvmax=30 W且溫度較低是也保持在30W。這是由于芯片內(nèi)的限流器的作用而限制功率損耗的增加。因此在較低溫度下，功率損耗值為一常數(shù)。2.2 功率封裝的動態(tài)特性 如果考慮動態(tài)現(xiàn)象(脈沖功率模式)的情況，則PIC的熱學(xué)行為會隨之發(fā)生化。這種行為同樣可以用一個熱電容Cth來代替，它與材料體積V(cm3)，密度(gcm3)，以及具體熱量的比例因子C(Ws/(g×k)成正比： Cthc··Vm·c。為了根據(jù)T計算熱量，必須用電容C中的

17、熱量計算公式：T·CthP·tQ ，即TP·t/ Cth ，功率損耗P代表單位時間傳遞的熱量。把熱容考慮進(jìn)去后，P-T0263-7-3功率封裝的等效電路如圖6所示。由材料和體積所計算出的熱容與熱阻并聯(lián)。為了計算相應(yīng)的熱電阻及Rth ，需要知道厚度d、橫截面積A以及熱導(dǎo)率L(W/(m·k)，計算公式如下：Rthd/(L·A) K/W。要計算熱容Cth ，需要知道體積Vd·A ,密度(gcm3)和比熱c(Ws/(g· k)，于是有：Cthm·c K/W。  2.3 動態(tài)熱過程與電系統(tǒng)類似，認(rèn)為芯片的熱響應(yīng)是由

18、脈沖電流源作為激勵，引起的RC電路電壓上升： V(t)R·I·(1-et/R·C) 溫度上升為： T(t)Rth·P·(1-et/(Rth·Cth)（2）在Ta25時給器件注人確定的功率損耗 如果開關(guān)S1關(guān)閉，輸出電壓VQ5V，輸出電流為5/35 A，電壓調(diào)節(jié)器芯片的功率損耗Pv(V1-VQ)·IQ ，總計為1 W 。 在Ta25時測量VF25600 mV 。（3）改變Ta(例如85)S1仍然關(guān)閉，因此：Pv1 W 。測量得VF85400 mV 。 （4）在Ta85，PvlW, VF400 mV條件下確定Tj由標(biāo)定曲線可以確

19、定：Tj125 。（5）計算Rthj-a實(shí)際應(yīng)用中準(zhǔn)確的熱電阻值Rthj-a(Tj-Ta)/Pv ，氣流等參數(shù)是可以改變的，這不會降低測量的精確度。例如Rthj-a(125K-85K)/1W40K/W 。3        結(jié)論隨著功率電子器件的廣泛應(yīng)用，尤其在汽車領(lǐng)域中，電機(jī)驅(qū)動的使用已經(jīng)急劇上升。10A以下的電流可由單片集成的全橋芯片來提供，10A以上100A以下的大電流，還需外加低邊開關(guān)。功率封裝散熱的效果、如何確定熱阻值來設(shè)計或選擇散熱器成了新問題，本文舉例說明了一種方法，以供參考,但需要進(jìn)行熱學(xué)測量。此外，我們還可以

20、采用有限元法進(jìn)行分析，這樣可以減少熱學(xué)測量，把封裝的幾何尺寸和相應(yīng)芯片的幾何尺寸輸入到仿真程序中來確定計算熱阻時所需的數(shù)據(jù)。參考文獻(xiàn)：1 陶文銓.計算傳熱學(xué)的近現(xiàn)代進(jìn)展M北京：科學(xué)出版社，20002 林渭勛.現(xiàn)代電力電子電路M杭州：浙江大學(xué)出版社20023 李炳乾,布良基,范廣涵功率型LED熱阻測量的新方法J半導(dǎo)體光電2003(1)：22-244 王賦攀,楊 鵬MOSFET功率開關(guān)器件的散熱計算J通信電源技術(shù).2005(1):31-33.5Seri Lee，Optimum Design and Selection of Heat SinkJ，1995，IEEE Tram Oil Compone

21、nts，Packing，and，Manufacturing Technology，Part A，1995，8(4)：8128166Rob Blattner，Wharton McDanielThermal Management in On-Board DC-to-DC Power ConversionR.USA:Trpes.Co.,Ltd.,1998.在電子產(chǎn)品行業(yè)中電子封裝工藝技術(shù)的重要性電子產(chǎn)品行業(yè)成長最快的三大版塊，囊括“測試與測量”、“電子部件 ”和“電子封裝工藝”.近十年來，無限元仿真已被推行到微電子封裝（含板級與微系統(tǒng)拼裝）方案與靠得住性分析的范圍。無限元仿真豈但能夠正在多種規(guī)范作機(jī)

22、器應(yīng)力及形變分析，還能夠作熱傳分析，甚至是熱傳與工具嚙合分析.電子封裝產(chǎn)品的檢測也非常主要，要有罕用元機(jī)件的檢測要領(lǐng)和經(jīng)歷。電子燒結(jié)工藝正常材料有非金屬，金屬燒結(jié)，玻璃燒結(jié)陶瓷，玻璃等，是由重型電子燒結(jié)爐燒結(jié)的產(chǎn)品，其比熱，材料的用量，溫度，氣體的供給都密沒有可分，假如內(nèi)中哪個環(huán)節(jié)出現(xiàn)了問題，那燒結(jié)出的產(chǎn)品將會拋棄。所以電子封裝這個行業(yè)必須要掌握著一定的技能手段，同時電子封裝事業(yè)的利潤也是碩大的，成本不到幾塊的產(chǎn)品將會賣幾十甚至幾百等。這個新起的事業(yè)將會給電子事業(yè)帶來巨大的發(fā)展。 電子封裝，電子燒結(jié)技術(shù)在電子產(chǎn)品中的歷史演變電子封裝界廣泛展望21百年的頭十年將迎來微電子封裝技能的第四個前進(jìn)階段

23、3D 疊層封裝時期-其專人性的貨物將是零碎級封裝，它正在封裝觀點(diǎn)上發(fā)作了反動 性的變遷，從本來的封裝部件概念演化成封裝零碎它是將多個芯片和能夠的無源部件集成正在同一封裝內(nèi)， 構(gòu)成存正在零碎性能的模塊，因此能夠完成較高的功能密度、更高的集成度、更 小的利潤和更大的靈敏性。隨著信息時期的到來，電子輕工業(yè)失去了快速前進(jìn)，電腦、挪動電話等貨物的疾 速提高，使得電子財物變化最有目共睹和最具前進(jìn)后勁的財物之一，電子產(chǎn)物的 前進(jìn)也牽動了與之親密有關(guān)的電子封裝業(yè)的前進(jìn)，其主要性越來越一般。電子封裝已從晚期的為芯片需要機(jī)器支持、掩護(hù)和電熱聯(lián)接性能，逐步融人到芯片打造 技能和零碎集成技能之中。電子產(chǎn)品行業(yè)的前進(jìn)離

24、不了電子封裝的前進(jìn)，20百年最 初二十年，隨著微電子、光電子輕工業(yè)的劇變，為封裝技能的前進(jìn)創(chuàng)舉了許多時 機(jī)和應(yīng)戰(zhàn)，各族保守的封裝技能一直出現(xiàn)，電子燒結(jié)技術(shù)曾經(jīng)變化20年前進(jìn) 最快、使用最廣的技能之一。 電子產(chǎn)品在電子加工過程的生產(chǎn)流通手段電子加工是正在流通中對生產(chǎn)的輔佐性加工，從那種意思來講它是生產(chǎn)的持續(xù)，實(shí)踐是消電子產(chǎn)品工藝正在前進(jìn)畛域的持續(xù),要有工人高明的技能，還要有準(zhǔn)確的加工電子封裝工藝流程。準(zhǔn)確的工藝規(guī)定有益于保障電子燒結(jié)工藝貨物品質(zhì)，帶領(lǐng)車價的生產(chǎn)任務(wù)，便于方案和機(jī)構(gòu)消費(fèi)，充散發(fā)揮設(shè)施的應(yīng)用率,同業(yè)中，我公司產(chǎn)品質(zhì)良最穩(wěn)物以求到達(dá)最高的工藝水平面,公司配系最全（電子燒結(jié)爐等）,效勞最

25、周到，公司內(nèi)裝備有存戶歇宿地等,咱們說微電子技能與電子封裝工藝息息有關(guān)。除非以特色分寸為專人的加工工藝技能之外，再有設(shè)計技術(shù)，掌握各種配比溫度以及有關(guān)的化學(xué)比率來配合，該署技能的前進(jìn)必將使微電子封裝工藝接續(xù)高速增加. 社會再發(fā)展，電子產(chǎn)業(yè)再發(fā)展，那電子封裝行業(yè)呢？隨著微電子機(jī)械系統(tǒng)器件和微電子集成電路的不斷發(fā)展，電子封裝起到了很多的作用，滿足化學(xué)和大氣環(huán)境的要求。為此人們密切關(guān)注并積極投身于電子封裝的研究，以滿足這一重要領(lǐng)域不斷發(fā)展的要求。隨著我國四大支柱產(chǎn)業(yè)之微電子產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，電子封裝，電子燒結(jié)工藝在此領(lǐng)域中的應(yīng)用必將會有大幅度的增長。電子燒結(jié)出的微電子產(chǎn)品要達(dá)到介電性能好、粘接性能好、耐腐蝕性能好，尺寸穩(wěn)定性好，工藝性好，在各種環(huán)境的適應(yīng)能力強(qiáng)，綜合性能佳的要求。近年，隨電子產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展，我國已擁有一支優(yōu)秀的電子產(chǎn)品開發(fā)隊(duì)伍蚌埠鐘鉦電子廠，規(guī)模壯大，產(chǎn)品商品化程度高，已形成了無論技術(shù)還是素質(zhì)都是終合性最強(qiáng)的隊(duì)伍。 電子封裝，電子燒結(jié)工藝將迎來電