如何解決電子產品及IC封裝熱效應來增加產品壽命

隨著電子產品功能之要求提高，積體電路製造技術及單體功能不斷地提升，高功率、小體積之電子或電腦元件已成為目前電路設計及製造的趨勢。由於電子產品藉由電能損益所散失的能量係以熱能的型態轉換發散，品質不穩定或不良的散熱設計即成為其失效及損害的因素。根據統計，工件工作溫度每增加10℃，其MTBF(Mean time between failures)值就會縮短一半。因此，為改善電子元件之穩定性及壽命，如何確保電子晶片元件之品質穩定及提出有效的散熱設計來解決高熱量之散熱問題，成為電子元件製造業愈來愈重視的問題。

依據JEDEC在EIA / JESD51-x系列文件中規定的。從junction-to-ambient 的熱阻RθJA是最常見的熱量度量的標準。

使用以下步驟進行RθJA的測量的方式（從EIA / JESD51-1，-2，-5總結，

-6，-7和-9）：

步驟1.器件，通常是包含熱測試芯片的集成電路（IC）封裝兩者都耗散功率並測量最大芯  片溫度，安裝在測試中板。

步驟2.校準測試芯片的溫度感測組件。

步驟3.封裝和測試板系統放置在靜止空氣（RθJA）或移動空氣（RθJMA）中環境。

步驟4.已知功率在測試芯片中消散。

步驟5.達到穩定狀態後，測量結溫。

步驟6.測量的環境溫度與測量的結相比的差異計算溫度並除以耗散功率，給出RθJA的值C / W。

下圖為PCB, IC封裝及水平面影响熱阻的比重。

                

              在電子或電腦元件解熱中,PCB Layout 中IC 佈局是很重要的關鍵因子,因主動與被動元件其為發熱體。如下圖A與B其置放IC位置不同其結果也差異很大。因A方案其傳導的路徑較逺故熱阻也高。按筆者的經驗,A與B方案其在室溫下,燒機到穏態其兩者溫差達5度C 。B方案因其可直接透過機殼導熱。

在下圖例出各式IC封裝其熱阻值供工程師在選用各式IC是除了注意尺寸之外也要注意不同的封裝其熱阻差異很大。下圖為JEDEC已經建立了一套測量和報告IC熱性能的標準包裝相對應的 RθJA。

在電子産品系統設計過程中就要考慮到解熱方式,例如使用對流或是傳導方式。需於規劃時就計算其功耗及效率以利規劃散熱計劃。其次是選用零件時需考量其封裝。如果是採用強制對流方式,需選用表面積大的封裝以利快速散熱。如果採用傳導方式時就需善用PCB接觸面積或散熱片組合以利達到最大接觸面積。就不得不計較IC封裝了。以上是筆者的多年經驗分享給工程師們。