热设计之JESD51电子器件热测试方法系列标准介绍.pdf

热设计交流：gahquq 热设计交流：gahquq 热设计之 JESD51 电子器件热测试方法系列标准介绍 接要：接要：芯片结温直接影响产品的性能、可靠性、质量和成本，通讯产品热设计重要目的之一 就是保证芯片在设备工作温度范围内， 芯片结温不超过芯片的结温限值， 以保证产品的性能、 可靠性。本文介绍了美国联合电子设备工程协会（JEDEC）的电子器件热测试系列标准 （JESD51） ，系统了解芯片热特性值的测试标准，加深对芯片各热特性值的理解，并列举两 个热设计中常见的误区，通过对国际标准原文的介绍，提升产品设计水平。 关键词关键词：热设计、热特性参数、热阻、热测试； JESD51 系列标准规范了单结半导体器件封装热测试的方法。随着技术不断的进步，测 试环境、元件装配技术、器件生产工艺和技术的不断发展，测试方法也会不断发展。下文分 别列举 JESD51 系列 14 个标准文件。 JESD51 Methodology for the thermal measurement of component packages (single semiconductor device) JESD51 是该系列标准的综述性文件，概括介绍单结单导体器件热测试方法，具体测试 方法在后续文件中具体介绍。该系列标准分为以下几组： 在说明测试方法、测试环境、器件安装方法、测试装置搭建方法的条件下得到的热特性值才 有使用的价值。 JESD51-1 Integrated Circuits Thermal Measurement Method-Electrical Test Method (Single Semiconductor Device) 芯片热测试方法电气测试方法 规定一种单结半导体器件的热特性参数测试方法。 电气性能、应用环境、温度传感器精度都会直接影响测试的准确性。 A temperature-sensitive parameter to sense the change in temperature of the junction 热设计交流：gahquq 热设计交流：gahquq operating area due to the application of electrical power to the device-under-test. TJ=TJ0+TJ TJ=KTSP TSP change in temperature-sensitive parameter value mV K constant defining relationship between changes in TJ and TSP /mV 常用的 temperature-sensitive parameter 是正偏二极管的电压降 （a forward-biased diode） 。 测试利用了电流一定，二极管的正向电压随结温成线性变化。 并不清楚为何用二极管这么麻烦，得到的仍为壳温的变化， JESD51-2A Integrated Circuits Thermal Test Method Environmental Conditions-Natural Convection (Still Air) 自然散热环境下，结空气热阻的测试方法。 JA=（TJ-TA）/PH PH Power dissipation that produced change in junction temperature (W) JESD51-3 Low effective thermal conductivity test board for leaded surface mount packages 该标准测试结空气热阻 PCB 板的特性； 该标准只适用于 Leaded surface mount components of lead pitch greater than 0.35mm up to a body size of 48 mm, not intended for through hole, ball grid array, or socketed components. 结空气热阻只用于芯片间封装特性的比较。 JESD51-4 Thermal Test Chip Guideline (Wire Bond Type Chip) Wire bond type semiconductor chips 的热阻测试要求。 A design guideline for thermal test chips used for integrated circuit package thermal 热设计交流：gahquq 热设计交流：gahquq characterization. JESD51-5 Extension of Thermal Test Board Standards for Packages with Direct Thermal Attachment Mechanisms 规定对于 direct thermal attachment to the test board deep downset packages or thermally tabbed packages 封装类型芯片测试 PCB 板的要求。 JESD51-6 该标准规定强制风冷热测试环境要求及其测试方法。 结到板的热特性参数在 JESD51-6 中介绍 结到板的热特性参数 JB Junction to board thermal characterization parameter 一般只在 2s2p 测试板上测试。 PH 芯片总发热量。 JESD51-7 HIGH EFFECTIVE THERMAL CONDUCTIVITY TEST BOARD FOR LEADED SURFACE MOUNT PACKAGES: 规范高导热性的安装测试面。 JESD51-8 其中介绍了含两层铜测试板的结板热阻的测试方法。对两类不适用如下两类器件：This standard is not applicable to packages that have asymmetric heat flow paths to the printed circuit board caused by such thermal enhancements as fused leads (leads connected to the die pad) or power style packages with the exposed heat slug on one side of the package. Junction-to-board thermal resistance (JB or RthJB or Theta-JB) JB=（TJ-TB）/PH 热设计交流：gahquq 热设计交流：gahquq 测试装置保证所有的热量都从 PCB 板散失； JESD51-9 BGA、Land grid array packages 两种芯片封装热测试中 PCB 板的要求 JESD51-10 Dual-line packages (DIP)和 single-inline packages (SIP) 热测试 PCB 板要求 JESD51-11 Pin Grid Array (PGA)芯片封装热测试 JESD51-12 总括介绍 JESD51 系列标准得到的电子器件热特性值的使用方法。 Junction-to-case thermal resistance (JCtop) JCtop=（TJ-TCtop）/PH PH The power passing through the cold plate, partially. 具体测试方法 JESD 51 系列标准还 未提供。 测试点 热设计交流：gahquq 热设计交流：gahquq When a heat sink or added heat spreader is present, neither JT nor JB can be used to estimate the junction temperature. It can be approximated using JCtop。 对于加散热器的芯片推算 结温需注意用 JCtop。 以前的 JC 定义为芯片表面主要散热的面，也就是可能为芯片的 case top 面，也可能是 芯片的 bottom pad 面； JT is the junction-to-top thermal characterization parameter 结顶热特性参数 JB is the junction-to-board thermal characterization parameter 结板热特性参数 热特性参数与热阻是有差别的。 The JB junction to board standard requires that the test be run using a 2s2p board to increase the heat transfer to the board and to provide a more uniform board temperature. 自然散热和强制风冷一般假设在 1s 板条件下测试，除非有特殊说明； JESD51 测试环境可能与实际应用不一致的情况如下： 热设计交流：gahquq 热设计交流：gahquq 1、 结的尺寸； 2、 PCB 板尺寸； 3、 PCB 含铜量； 4、 铜层厚度，JESD51 中 0.07mm（2 oz/ft2） ，实际应用中可能为 0.018mm(1/2 oz/ft2); 5、 环境的不同； 6、 测试为单热源，而实际应用受周围热源的影响； JESD51-13 Glossary of Thermal Measurement Terms and Definitions 半导体器件热测试常用术语介绍 JESD51-14 Transient Dual Interface Test Method for the Measurement of the Thermal Resistance Junction to Case of Semiconductor Devices with Heat Flow Trough a Single Path 热设计过程中，结温的推算常见两个误