通常，半导体变小，并且每单位区域包装更多的功能/性能。在专用于负载切换的半导体的情况下，封装尺寸对于最大封装功率耗散非常关键。一般而言，高封装功率耗散装置IC产生更多热量，因此其内部温度增加。连续高内部温度操作可以显着降低IC的长期可靠性，应考虑降低电源耗散或输出输出的方法。在负载切换应用中，通过提供高负载电流雷竞技安卓下载（瞬态或稳态），未优化PCB设计，错误选择的负载开关配置或全部，可能引起大功率耗散。

改进封装散热的一种可能方法是使用散热器。散热器通常是由金属制成的，比如铝，而且安装起来相对便宜。大表面积的散热器有更好的传热，这降低了集成电路的结温。然而，这种方法并不总是可接受的，因为并非总是可以在集成电路的顶部安装散热片。另一种提高PCB热传导的方法是添加热通道。有两种类型的热通道。第一种也是最有效的一种方法是在IC的印制板中间钻一个孔，并填充高导热金属，如铜。第二种是位于IC周围的热通道，热量通过热通道从PCB的顶部传递到底部，这为散热提供了更大的表面积。这种方法可能并不总是可接受的，因为对于非常小的封装和WLCSPs(晶圆级芯片级封装)，没有办法添加热通道。IC结温度也可以通过增加互连线和触点(通常用铜制造)的面积来降低。这种方法在传热和成本方面通常是最可接受的。 To calculate the amount of package power dissipation and to create proper PCB design, thermal resistance, junction-to-ambient ( θ贾）通常使用并通常在IC数据表中指定。本应用笔记描述了输入和输出铜迹线/触点焊盘的表面区域如何影响θ贾代表对话框Greenfet负载开关。

热效应和结温

热学研究的基本原则类似于电动行为。要比较热电域，让我们识别主要参数。热量相当于电流，温度相当于电压，热阻相当于电阻（如图所示）图1）。

图1所示。电气系统和热力系统之间的类比

每个域都有两个主要的物理参数。在电畴中，电流和电势是主要参数。电流I表示载流子从点a以电势V移动的流量一种到了一个点bB.它们之间的差用V表示一种-v.B.这些参数之间的关系用欧姆定律表示:

类似地，在热域中，P表示从带温度T的地方的热流一种到一个温度t的地方B.．阻碍流动的阻力表示为θab．热域的关系用傅里叶定律表示，与电域的关系类似，可以总结为:

将该概念传送到半导体器件，可以推导出简化的IC热模型。一个这样的模型被说明图2，其中T.一种是环境温度;T.C情况温度;T.j表示结温;T.B.代表PCB温度;θ.JC.为结到外壳的热阻;θ.加利福尼亚州是壳体和环境之间的热阻;θ.jb.是连接到PCB的热电阻;θ.B.一种是PCB和环境之间的热阻;最后是θj一种为结到环境的热阻。

图2。一个简化的芯片热模型

由于IC包装的导热系数非常低，因此由硅模具产生的热量主要流过IC的后侧，其中铜的导电率较高。在模具内产生的功率改变了结温，根据所涉及的层的热电阻和电容，从硅到封装背面（红色箭头）增加图2）。

术语“结温”表示电子设备中实际半导体的最高工作温度。简化模型是假设模具的温度在其顶部表面上是均匀的。在大型模具中，模型忽略了X轴和Y轴热梯度始终存在的事实，并且在高功率条件下可以非常大。

θ的概念j一种应用于Dialog GreenFET负载开关的测量

在Dialog GreenFET负载开关中，消散大部分热量的主要组件是内部的n沟道或p沟道功率MOSFET。众所周知，RDS在任何MOSFET都取决于结温。结温越高，MOSFET的RDS越大在．在谈到MOSFET的情况下像一个平行连接的数千个微小的电力FET细胞一样，电池之间的热路径好，因为它们都位于同一模具上。当电流通过一小组细胞增加时，那些细胞加热。这导致增加那些细胞的电阻率，这反过来使电流通过邻近的电池流动。结果，热梯度降低，并且局部的热点被最小化。该过程是一种重要的物理原理，允许并行细胞阵列的可靠功能。考虑到上述情况，可以假设整个模具的表面具有相同的温度。

来确定实际θj一种那集成电路的结温Tj，环境温度T一种，是必须的。要到达IC的结温，必须在IC内具有热传感器。测量θ.j一种关于对话框Greenfet负载交换机，RDS在与T一种使用依赖性。为此目的，将Greenfet负载开关插入受控温度室中，允许精确控制环境温度T.一种．为了避免集成电路自热，在测量RDS时施加少量电流在参数。保持IC在每个温度大约5分钟，避免任何自加热，使IC的模具温度接近预设的环境温度。建立RDS在与环境温度依赖性相比，可以在图表上绘制数据（图3）。使用该图表，可以确定用于接合温度的等式：

图3.绘制RDS在与T一种获得结温

下一步是测量RDS在与负载电流（或iDS.)在固定的环境温度下。为了做到这一点，IC被保持在每个特定的负载电流约5分钟，然后是MOSFET的RDS在是测量。使用T.j= f（RDS在）从上面的等式，每个RD的结温在计算阻力。现在，AΔT =j- T.一种计算每个负载电流的IC的温差和封装功耗，并绘制相应的曲线，如图所示图4．

图4。绘制封装功耗与ΔT，以获得热阻

用线性近似，方程Δt=p⋅x+ b可以应用。考虑到ΔT =j- T.一种= p⋅θ贾，可以肯定我们在我们近似中的线性系数x（线的斜率）对应于IC的热阻。

如前所述，热阻受环境条件、PCB设计等因素的影响。在本应用笔记中，使用了三种PCB设计来获得θj一种: 02，0.25 in.2， 0.5英寸2在每个输入和输出跟踪下。而且，提供了每个PCB的相应热分布。对于θ.j一种测量，环境T.一种使用= 50℃。对于热分布试验，环境温度为t一种= 25°C。在三种设计中的每一个中，负载开关的PCB尺寸为6.3cm x 6.3cm（2.5英寸×2.5英寸）。在本申请说明中，A型PCB是具有IC占地面积和迹线的PCB设计，并且类型-B PCB是PCB设计，其中功率终端下方具有铜焊盘。

案例＃1：5毫米的SLG59H1302C2, 28-Lead WLCSP

SLG59H1302C是一个130 V浪涌保护，28 V容错功率分配器，带有两个大电流开关和0.1 a的28球WLCSP LDO。独立控制每个通道，SLG59H1302C包含一个6a能力，12 mΩ net开关的总线到输出路径和反向阻塞6a能力，24 mΩ net开关的总线到sys路径。一个内部的“always ON”LDO是0.1 A的能力，当总线端电压高于2.7 V时，可以用来为下游设备供电。SLG59H1302C完全适用于工业-40°C至85°C的温度范围。

在该示例中，评估总线到SYS传导路径。在这种情况下，创建了类型-A和类型-B PCB，其中B型PCB具有0.5英寸2电力迹线下的铜区域。两个PCB都呈现在数字5.

图5.θ型（左）和类型-b（右）PCB评估板贾测量SLG59H1302C在一个5毫米2，28铅WLCSP包

使用该技术计算出热阻部分5.．所得到的图表中示出图6。

图6.封装功耗与5 mm中SLG59H1302C的温度差2，28铅WLCSP包

从上图，θ贾两种类型的PCB的值是从线程方程的斜率获得的。因此，θ贾5毫米2，安装在Type-A PCB上的28个引线WLCSP封装是76.2℃/ W，并且对于安装在B型PCB，θ上的相同IC贾是39.8℃/ W。显然，在相同的负载条件下，安装在热阻较高的PCB上的IC会发热更多。这一结果与红外热像具有很好的相关性图7。和图8。

图7。SLG59H1302C 5毫米内的可见光(左)和热成像(右)图像2，28铅WLCSP安装在Type-A PCB.T上一种= 25°c, v公共汽车= 5 v，我加载= 4 A.

图8. SLG59H1302C中的可见（左）和热（右）图像在5毫米处2，28铅WLCSP安装在B型PCB.T上一种= 25°c, v公共汽车= 5 v，我加载= 4 A.

当安装在a型PCB上时，施加6a负载电流触发IC的超温保护。在安装在b型PCB上的情况下，IC的模具温度上升到47.2℃。

案例#2:SLG59H1006V在4.8毫米2，18个引线stqfn封装

SLG59H1006V是一种高性能，自动为13.1MΩNMOS负载开关，设计为所有4.5 V至22 V电源轨，最多可为5 A.使用专有MOSFET设计，SLG59H1006V实现稳定的13.1MΩRDS在宽输入电压范围。结合了新颖的FET设计和铜柱互连，SLG59H1006V封装还显示了高电流操作的低热阻。SLG59H1006V可在-40°C至85°C范围内工作，具有低热阻1.6 x 3.0 mm封装。

为这种封装类型创建的a型和b型PCB设计如图所示图9．关于B型PCB，每个VIN和VOUT终端下的铜接触面积为0.52．

图9。a型(左)和b型(右)PCB评价板θ贾4.8毫米的SLG59H1006V的测量值2，18个引线stqfn封装

绘制功耗与温度差，显示图10.，可以获得SLG59H1006V的18引出STQFN封装的A型和类型-B PCB的热电阻。

图10.封装功耗与4.8 mm中SLG59H1006V的温差Vs。2，18个引线stqfn封装

从图10.，slg59h1006v的θ贾安装在型号上时，PCB为82.7℃/型。安装在B型PCB上时，其热阻变为42.6℃/倍。在采用热分布测量之前，将负载条件施加至少5分钟。安装在A型和型BCB上时，SLG59H1006V的可见和热谱图像图11.和图12.．

图11. 4.8毫米的SLG59H1006V的可见（左）和热（右）图像2，安装在Type-A PCB上的18个引出STQFN封装。T.一种= 25°c, v在= 22 v, I加载= 5 A.

图12. 4.8毫米的SLG59H1006V的可见（左）和热（右）图像2，安装在B型PCB上的18个引出STQFN封装。T.一种= 25°c, v在= 22 v, I加载= 5 A.

可以注意到，增加每个VIN和VOUT焊盘的铜区域导致更好的热耗散，结果，以降低Greenfet负载开关温度。IC温度降低63.2℃至36.4℃。

案例#3:SLG59M301V在一个3毫米2，8引脚TDFN封装

SLG59M301V是一款高性能的8.5 mΩ， 4 a单通道net负载开关，可在2.5 V至5.5 V V下工作DD.电源开关电源轨道从低至0.85 V到电源电压。完全指定在-40°C到85°C的温度范围内，SLG59M301V封装在空间高效、低热阻、tcdfn封装中。

关于B型PCB，每个漏极和源极端子下的铜接触面积为0.52．A型和类型-B PCB被说明图13.．

图13.用于θ的类型-A（左）和类型-B（右）PCB评估板贾3毫米的SLG59M301V的测量值2，8引脚TDFN封装

使用已经使用的技术，构建了包装功耗与ΔT依赖性并显示在图14.．

图14.封装功耗与3 mm中SLG59M301V的温度差异2，8引脚TDFN封装

经过曲线拟合，可以得到SLG59M301V对两种类型pcb的热电阻。对于a型PCB设计，θ贾为122.4℃/W, b型PCB θ贾是52.8℃/ W。

两种多氯联苯对应的可见光和热光谱图像见图15.和图16.．

图15. 3毫米的SLG59M301V的可见（左）和热（右）图像2， 8-Lead TDFN Package Mounted on a Type-A PCB。T.一种= 25°c, vDD.= V.在= 5.5 v, I加载= 4 A.

图16. SLG59M301V的可见（左）和热（右）图像在3毫米处2，安装在B型PCB上的8个引线TDFN封装。T.一种= 25°c, vDD.= V.在= 5.5 v, I加载= 4 A.

可以观察到，IC温度从44.4℃降至30.4℃。

案例＃4：3毫米的SLG59M1568V2， 14-Lead STDFN Package

SLG59M1568V专为负载开关应用而设计。雷竞技安卓下载它配备了一个9个额定MOSFET，由ON控制引脚接通。已经创建和说明了合适的PCB图17.．

图17.用于θ的类型-A（左）和类型-B（右）PCB评估板贾3毫米的SLG59M1568V的测量值2， 14-Lead STDFN Package

从图18.，SLG59M1568V的3毫米2，安装在型PCB上时的14个引线STDFN的热阻是125℃/ W，并且当安装在B型PCB上时是51.4℃/倍。

图18.包装功耗与温度差
SLG59M1568V在一个3毫米2， 14-Lead STDFN Package

从其热图像中可以观察到（所示图19.）那使用类型PCB时，STDFN的情况温度升至71.7℃。对于B型PCB，壳体温度上升至35.5℃（图20.）。

图19所示。SLG59M1568V的可见光(左)和热成像(右)图像在一个3毫米2，安装在Type-A PCB上的14个引线STDFN封装。T.一种= 25°c, v在= 5 v，我加载= 6.5。

图20. SLG59m1568V的可见（左）和热（右）图像在3毫米处2，14-Lead STDFN Package安装在Type-B PCB上。T.一种= 25°c, v在= 5 v，我加载= 6.5。

应用9个我加载将该IC迫使该IC在Type-A PCB和类型-B PCB的情况下进行过高度保护，IC温度上升至41.1℃。

案例＃5：4毫米的SLG59M1717V2，16铅stqfn封装

从3.0 V至5.5 V电源操作并在-40°C上完全指定至85°C工业温度范围，SLG59M1717V是高性能4MΩ，5个单通道NFET负载开关，设计为所有0.8 V.到5.5 V负载开关应用程序。雷竞技安卓下载SLG59M1717V具有可调节的浪涌电流控制，通过调整V来实现出带有外部电容的回转速率。使用专有的MOSFET设计，SLG59M1717V实现了稳定的4mΩ RDS在宽输入/电源电压范围。SLG59M1717V还具有电阻可调限流和热保护功能。

为GreenFET负载开关设计的a型和b型pcb如图所示图21.．

图21.用于θ的类型-A（左）和类型-B（右）PCB评估板贾测量的SLG59M1717V在一个4毫米2，16铅stqfn封装

对于a型和b型pcb, STQFN的热电阻可以从图22.．对于SLG59M1717V的STQFN封装，型PCB型PCB的耐热性为148.1℃/ W.B PCB的45.3℃/ W.

图22。封装功率耗散与温度差异
SLG59M1717V在一个4毫米2，16引脚STQFN封装。

关于T型PCB设计，148.1℃/ W热阻导致壳体温度升至5.5℃的48.4℃，在5.5V输入电压下（图23.）。

图23。SLG59M1717V的可见光(左)和热成像(右)图像在一个4毫米2，安装在Type-A PCB上的16个引出STQFN封装。T.一种= 25°c, vDD.= V.在= 5.5 v, I加载= 5 A.

关于B型PCB设计，45.3℃/ W的热阻导致壳体温度在相同的负载条件下升至29.8℃（图24.）。

图24. 4毫米的SLG59M1717V的可见（左）和热（右）图像2，安装在B型PCB上的16个引出STQFN封装。T.一种= 25°c, vDD.= V.在= 5.5 v, I加载= 5 A.

案例#6:SLG59M1748C在0.64毫米2, 4-Pin WLCSP

SLG59M1748C是一款自供电、高性能、36 mΩ pet负载开关，可工作在1.6 V至5v电源范围内，适用于高达2.2 a的高侧负载切换应用。雷竞技安卓下载

由于这种绿色料装载开关非常小（0.8 mm x 0.8 mm WLCSP），因此其Type-B PCB仅有0.25英寸2每个VIN和VOUT端子的铜接触垫（如图所示）图25.）。

图25.用于θ的类型-A（左）和类型-B（右）PCB评估板贾测量SLG59M1748C在0.64毫米2，4针WLCSP包

曲线拟合后(如图26.)时，可得到WLCSP的热阻。对于a型PCB设计，WLCSP的热阻为198.4℃/W。当WLCSP安装在b型PCB上时，热阻为99.7℃/W。

图26.包装功耗与0.64毫米的SLG59M1748C的温差Vs。2，4针WLCSP包

在v的2.2载荷在= 5 V，WLCSP的芯片温度在TYP-PCB上安装到近50℃时。（如图所示图27.）

图27所示。0.64毫米尺寸的SLG59M1748C的可见光(左)和热成像(右)2，安装在a型PCB上的4针WLCSP封装。T.一种= 25°c, v在= 5 v，我加载= 2.2 A.

工作在相同的负载条件下，当GreenFET负载开关安装在b型PCB上时，WLCSP的模温上升到29℃(图28.）。

图28。0.64毫米尺寸的SLG59M1748C的可见光(左)和热成像(右)2，4针WLCSP封装安装在B型PCB上。T.一种= 25°c, v在= 5 v，我加载= 2.2 A.

案例＃7：1毫米的SLG59M1557V2， 4-Lead STDFN包

SLG59M1557V专为负载开关应用而设计，具有超低静态电流。雷竞技安卓下载该部件配有一个28.5MΩ1.0一个由单个控制引脚控制的额定P沟道MOSFET。该产品包装在超小1.0 x 1.0 mm封装中。

图29.显示已创建的PCB以测试此类包。对于B型PCB设计，铜接触垫为0.25英寸2在每个VIN和VOUT终端下面。

图29。a型(左)和b型(右)PCB评价板θ贾测量的SLG59M1557V在1毫米2， 4-Lead STDFN包

根据使用这些pcb得到的结果，进行曲线拟合后计算热阻(如图30.）．关于a型PCB设计，SLG59M1557V的STDFN封装热阻为218.5℃/W。对于b型PCB设计，热电阻测量为99.1℃/W。

图30。SLG59M1557V的封装功耗和温差在1毫米2， 4-Lead STDFN包

在电压为V的1a负载电流下在= 5 V，SLG59M1557V的可见和热谱图像显示在图31.和图32.．

图31. 1毫米的SLG59M1557V的可见（左）和热（右）图像2， 4-Lead STDFN Package Mounted on a Type-A PCB。T.一种= 25°c, v在= 5 v，我加载= 1 A.

图32. 1毫米的SLG59M1557V的可见（左）和热（右）图像2，安装在B型PCB上的4引脚STDFN封装。T.一种= 25°c, v在= 5 v，我加载= 1 A.

一个总结结果的图表，包括不同封装的热电阻和每个输入和输出电源引脚下的铜接触面积的比较数字33。

图33.热阻与封装类型和多边形区域

结论

热阻是确定半导体器件的长期可靠性的最重要参数之一。它决定了IC（案例）温度将在特定的负载条件下。热阻取决于环境条件（包括空气流量）和电路板设计。本应用笔记表明，在电源端子下方具有较大铜接触焊盘的PCB在散热下更好。增加端子的金属接触区域降低了封装/ PCB热阻。由于IC结温而导致，这使设备可靠性和寿命保持。最大限度地减少PCB区域的良好做法是在不同的PCB层之间划分金属化。因此，在2层PCB中获得0.5英寸2在VIN和VOUT引脚下的区域，只需只需0.25英寸2在通过通孔连接的顶部和底层上。热结果大致相同，总PCB区域将更小。

AN-CM-289 Greenfet Load开关：PCB布局的热考虑因素

术语和定义

参考文献

介绍