日本電子信息技術產業(yè)協(xié)會（JEITA）制定了與半導體產品的熱特性相關的指南“JEITA EDR-7336”。該指南明確了①封裝半導體產品的印刷線路板的性能、②使用的環(huán)境溫度、③半導體產品的功耗、④風速等周圍環(huán)境因素對半導體產品的熱阻及熱參數*的影響程度（圖1）注1）。

*熱參數＝以2點間的溫度差除以流經整個路徑的全部熱流量所得到的數值。含有分散的成分。

注1）本指南可從JEITA的網站（http://www.jeita.or.jp/japanese/public_standard/）購買。除了解說以及與個人信息相關的內容之外，指南還可在網站上查閱。

指南涉及在設備內部使用半導體產品時的初步熱設計。JEITA認為，即使是初步設計，也有助于缺乏熱設計經驗的設計人員迅速完成設計工作。原因是能夠在熱設計初期幫助設計人員少鉆“牛角尖”。

背景在于微細化的影響

JEITA發(fā)表基礎熱特性指南的背景在于，利用90nm以后CMOS工藝制造的半導體產品開始廣泛使用于普通設備?！?30nm以前的話還不算什么問題，但從90nm起泄漏電流等導致的半導體芯片發(fā)熱的問題變得顯著起來”（制定指南的JEITA半導體封裝技術小委員會集成電路封裝分會）。

圖1：由封裝線路板及周圍環(huán)境引起的熱特性變化
對JEDEC標準（JESD51）未規(guī)定的項目進行熱特性模擬后按照影響程度的大小排列。另外，封裝的種類和尺寸，以及芯片的尺寸等也會使影響程度發(fā)生變化。（本圖由《日經電子》根據JEITA的資料制成）


圖2：同一封裝在不同封裝環(huán)境下的熱阻差異
按照JEDEC的評測環(huán)境（JEDEC環(huán)境）和實際設備中的環(huán)境（客戶的使用環(huán)境）比較了芯片內結溫（TJ）到環(huán)境溫度（TA）的熱阻（θJA）。（本圖由《日經電子》根據JEITA的資料制成）


以前，采用最先進半導體工藝的半導體產品，也就是存在半導體芯片發(fā)熱擔憂的產品，只能配備到有限的設備上，因此這些設備一直由富有熱設計經驗的技術人員來設計。不過，存在發(fā)熱問題的半導體芯片成為通用品的話，這些設備由不熟悉熱設計的技術人員來設計的情況就會增加。這樣一來就會有很多設備設計人員不了解印刷線路板的性能等半導體產品的封裝環(huán)境對熱特性帶來的影響，從而向半導體廠商請教的情況日益突出。

隨著設備設計進一步深入，還需要咨詢“半導體產品能否放心使用”的問題。對半導體產品的使用情況等進行模擬后證實半導體產品完全不能使用的例子也并不少見。這樣一來就會給設備廠商帶來重新修改設計的麻煩，而半導體廠商則會失去銷售產品的機會。

彌補JEDEC標準的不明確部分

即使是不熟悉熱設計的設備設計人員，在探討半導體產品能否采用時，也會對半導體廠商的產品性能參數中的熱特性進行確認。JEITA在制定此次的指南時，將著眼點放在了這一方面。

對熱特性進行實測及模擬時，半導體業(yè)界大多依據JEDEC標準的評測環(huán)境“JESD51”。實際上，該標準中有部分條件未能明確，各半導體廠商一直都采用自行設定后公布評測結果的做法。

在未確定的條件中，印刷線路板各層中的導線分布圖占有率（殘銅率）就是其中一個。導線分布圖是半導體產品封裝面向外散熱的重要途經，因此殘銅率直接關系到散熱效果的好壞。不過，在半導體產品的實際使用環(huán)境中，殘銅率可謂千差萬別。因此很難將半導體產品指標中的熱特性數值直接用于熱設計。此外，評測環(huán)境也因半導體廠商而異，因此要注意對各公司半導體產品的熱阻等進行橫向比較和研究。

JEITA此次在指南中納入了此類尚未明確的條件，列明了這些條件對熱阻及熱參數的影響。在考慮實際使用環(huán)境后，設定了殘銅率、環(huán)境溫度，功耗及風速等（表1）。其內容包括：半導體芯片結點與周圍環(huán)境間的熱阻（θJA）受印刷線路板殘銅率或風速影響發(fā)生10％以上的變化，等等（圖1）。

另外，指南還介紹說，伴隨著配備半導體產品的印刷線路板以及機殼的尺寸不同，θJA也會發(fā)生大幅變化（圖2）。但同時又指出JEDEC的評測所設定的形狀及部件配置與實際的設備有很大不同，強調產品指標值只是參考值。

雖然此次只是提醒業(yè)界注意，但JEITA今后還打算不斷擴充指南的內容，表示將在2011年春季前后準備發(fā)布能夠對封裝尺寸及使用環(huán)境所引起的溫度變化進行簡單計算的系統(tǒng)。（記者：大久保 聰）