1、概述     

     如何有效的發現、解決封裝芯片的散熱問題是封裝技術發展的研究方向之一，隨著電子產品的小型化和高性能化，單位面積的功率迅速增加，這對封裝技術提出了更高的要求。目前開展的建模方式中，大多采用“集總參數法”對元器件進行簡化建模，該方法簡單快速；另一種方式是建立器件的雙熱阻模型，但需要準確獲知器件的熱阻值，那兩種方法對于板級仿真準確性如何呢？

    基于此，本案例對比分析了集總參數法與雙熱阻模型的仿真應用，并開展了溫度實測，討論了不同建模方法與實測值的符合性。

2、芯片散熱相關理論簡介

2.1 芯片的散熱方式

     一般而言封裝芯片的散熱方式也包含了上述三種熱傳遞形式，即熱傳導、熱對流和熱輻射三種方式。元器件主要散熱形式和具體的熱設計措施有關，不存在通用的規律。如下圖所示，為典型封裝芯片的傳熱路徑。

                                                       圖1.典型器件散熱形式

2.2 熱阻理論及元器件建模方法

1、集總參數法

     集總參數法：即設置物體內部單一導熱率、認為物體溫度均勻一致的近似分析方法。該方法簡單、易操作、所需信息少；該方法適用于一般元件，例如電阻、電感等，而對于器件由于封裝內部結構、材料不同，導致封裝不同方向導熱率會有較大差異，采用集總參數法建模，則仿真誤差可能相對較大，后續會做具體對比分析。

                                                               圖2.集總參數法

2、 雙熱阻模型

     對于典型芯片封裝而言，主要的封裝熱阻包括 Die 結到環境（Junction-to-Ambient）的熱阻 Rja，結到殼（Junction-to-Case）的熱阻 Rjc和結到板（Junction-to-Board）的熱阻 Rjb。其中Rja與器件所處的環境有關，且器件規格書中的規定值一般為生產商基于標準環境測試，而往往實際應用環境和標準測試環境差別較大，Rja很難應用于芯片結溫預計，更多的應用于定性對比不同封裝芯片的散熱能力。因此，在實際應用時，更多的采用結殼熱阻Rja和結板熱阻Rjb評價器件的散熱能力，由此便產生了雙熱阻模型。

    在建立雙熱阻模型時一般做如下假設：

①結點熱量僅存在兩條散熱途徑：通過上表面傳遞到空氣中或散熱器上，通過下表面傳遞到PCB板上；

②上下表面為等溫面，不發生熱量傳遞；

③側面為絕熱面，即結點熱量不通過側面傳遞。

                                                                圖3.雙熱阻模型示意圖

3、應用

3.1 建模       

      基于元器件熱特性參數，建立元器件的等效模型如下圖所示。示例中，整個產品結構為全密閉機盒，該器件的散熱方式除通過PCB板散熱，另外在器件上表面有導熱墊與外殼相連，借助外殼進行散熱。