热建模解决汽车芯片设计散热问题

性能改善

设计优化和更低的整体温度是汽车半导体行业的热建模目标。降低工作中的裸片结温可以提高器件可靠性。

对系统、电路板、封装或裸片性能的微小改善可能会显著提升最终的温度性能。但器件和系统限制可能扼杀其中一些建议。

提升热性能的方法包括空气流动、热传导路径或外部散热器。另一种方法是提供更多的金属面积用于散热，如增加外部散热器、至底座的金属连接、PCB采用更多层或更高密度的铜层、导热的铜板和散热过孔等。

位于器件裸焊盘下方的散热过孔有助于快速散发器件热量，并加快向电路板其它部分的散热速度。将半导体器件封装设计为能快速将热量从裸片散发到更大的系统中去。

利用更高热导率材料，像PowerPAD那样直接连接PCB，熔化到裸片焊盘的引线或安装外部散热器等都有助于改善半导体封装的散热性能。半导体裸片本身就允许用多种方式来尽可能减小总体温度。当然，降低温度的最佳途径还是降低功耗。

对于硅电路设计和布局来说，良好的散热方法包括更大的散热面积、使耗电区远离裸片边缘、使用长且窄的耗电区替代正方形区域以及在高耗电区提供足够的空间等。硅是一种良好的热导体，热导率约为117W/mK。在耗电区周围使用最大数量的硅可以提高器件的散热能力。

对于裸片上的瞬态功耗，交错电能脉冲以降低瞬态功率将可以降低总体温度。这样可以在电能脉冲之间形成较长的延时以便热量散发，或者在裸片上的多个区域分担高功率事件。这些瞬态变化允许热系统在被施加更多热量前得以恢复。通过仔细设计裸片、封装、PCB和系统，器件的热性能可以得到显著提高。