彻底攻克汽车半导体设计散热难题

　　目前汽车安全产业需要降低元件数的小型组件，缩小尺寸及减少元件数的需求，促使半导体供应商加入更多耗电的功能，造成元件温度升高，降低稳定性，同时也影响汽车安全。若在设计阶段早期优化晶片配置及电源脉衝时间，设计人员即可降低硅测试次数，缩短开发时间。本文首先将说明半导体散热封装的功能，与如何使用模型模拟软体协助电源元件及系统设计，包括一般汽车设计难题的讨论、模型建立技巧、散热模型验证及系统提升。

　　汽车电子产品产业使用各种半导体封装，封装类型从小型单一功能电晶体，到100多个接脚及特殊散热功能的复杂电源封装等。半导体封装能够保护晶粒、提供装置与系统外部被动元件之间的电子连接，并管理散热。本文将讨论半导体封装如何让晶片散热。

　　在接脚封装（leaded package）中，晶粒黏着于晶粒座的金属片上。这个晶粒座在构装期间支撑晶粒，并提供良好的热导体表面。在汽车产业中，常用的半导体封装类型是外露焊垫封装（exposed pad），也就是PowerPAD封装。在这类封装中，晶粒座的底部外露，直接焊接于印刷电路板（PCB），使晶粒直接散热至PCB，透过焊接于电路板的外露焊垫向下散热，然后透过PCB散热至环境中。

　　外露焊垫封装能够透过底部，将80%的热度散入PCB。另外20%的热度则从装置接脚及封装侧边散出。只有不到1%的热度是从装置顶部散出。

　　非外露焊垫封装也是接脚封装，但晶粒座由塑胶完全包覆，无法直接散热至PCB。在标準接脚封装概念中（见图1），大约58%的热度是从接脚集封装各边散出，40%是从封装底部散出，大约2%是从封装顶部散出。散热透过叁种方式进行：传导、对流及辐射。对于汽车半导体封装，散热的主要是透过传导至PCB及对流至周围空气。辐射佔散热相当小的比例。

　　图 1. 标準接脚封装及 PowerPAD 封装的散热及散热途径。