热设计之JESD51电子器件热测试方法系列标准介绍

热设计交流：[e-mail]热设计交流：[e-mail]热设计之JESD51电子器件热测试方法系列标准介绍接要：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：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。JESD51Methodologyforthethermalmeasurementofcomponentpackages(singlesemiconductordevice)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。JESD51-1IntegratedCircuitsThermalMeasurementMethod-ElectricalTestMethod(SingleSemiconductorDevice)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。Atemperature-sensitiveparametertosensethechangeintemperatureofthejunction热设计交流：[e-mail]热设计交流：[e-mail]applicationofelectricalpowertothedevice-under-test.TJ=TJ0+ΔTJΔTJ=K×ΔTSPΔTSPchangeintemperature-sensitiveparametervalue[mV]KconstantdefiningrelationshipbetweenchangesinTJandTSP[℃/mV]常用的temperature-sensitiveparameter是正偏二极管的电压降（aforward-biaseddiode）。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，JESD51-2AIntegratedCircuitsThermalTestMethodEnvironmentalConditions-NaturalConvection(StillAir)自然散热环境下，结空气热阻的测试方法。θJA=（TJ-TA）/PHPHPowerdissipationthatproducedchangeinjunctiontemperature(W)JESD51-3Loweffectivethermalconductivitytestboardforleadedsurfacemountpackages该标准测试结空气热阻PCB板的特性；该标准只适用于Leadedsurfacemountcomponentsofleadpitchgreaterthan0.35mmuptoabodysizeof48mm,notintendedforthroughhole,ballgridarray,orsocketedcomponents.结空气热阻只用于芯片间封装特性的比较。JESD51-4ThermalTestChipGuideline(WireBondTypeChip)Wirebondtypesemiconductorchips的热阻测试要求。Adesignguidelineforthermaltestchipsusedforintegratedcircuitpackagethermal热设计交流：[e-mail]热设计交流：[e-mail]51-5ExtensionofThermalTestBoardStandardsforPackageswithDirectThermalAttachmentMechanisms规定对于directthermalattachmenttothetestboarddeepdownsetpackagesorthermallytabbedpackages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ΨJBJunctiontoboardthermalcharacterizationparameter一般只在2s2p测试板上测试。PH芯片总发热量。JESD51-7HIGHEFFECTIVETHERMALCONDUCTIVITYTESTBOARDFORLEADEDSURFACEMOUNTPACKAGES: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：Thisstandardisnotapplicabletopackagesthathaveasymmetricheatflowpathstotheprintedcircuitboardcausedbysuchthermalenhancementsasfusedleads(leadsconnectedtothediepad)orpowerstylepackageswiththeexposedheatslugononesideofthepackage.Junction-to-boardthermalresistance(θJBorRthJBorTheta-JB)θJB=（TJ-TB）/PH热设计交流：[e-mail]热设计交流：[e-mail]测试装置保证所有的热量都从PCB板散失；JESD51-9BGA、Landgridarraypackages两种芯片封装热测试中PCB板的要求JESD51-10Dual-linepackages(DIP)和single-inlinepackages(SIP)热测试PCB板要求JESD51-11PinGridArray(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-casethermalresistance(θJCtop)θJCtop=（TJ-TCtop）/PHPHThepowerpassingthroughthecoldplate,partially.具体测试方法JESD51系列标准还未提供。测试点热设计交流：[e-mail]热设计交流：[e-mail]eatspreaderispresent,neitherψJTnorψJBcanbeusedtoestimatethejunctiontemperature.ItcanbeapproximatedusingθJCtop。对于加散热器的芯片推算结温需注意用θJCtop。以前的θJC定义为芯片表面主要散热的面，也就是可能为芯片的casetop面，也可能是芯片的bottompad面；ψJTisthejunction-to-topthermalcharacterizationparameter结顶热特性参数ψJBisthejunction-to-boardthermalcharacterizationparameter结板热特性参数热特性参数与热阻是有差别的。TheθJBjunctiontoboardstandardrequiresthatthetestberunusinga2s2pboardtoincreasetheheattransfertotheboardandtoprovideamoreuniformboardtemperature.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：[e-mail]热设计交流：[e-mail]1、结的尺寸；2、PCB板尺寸；3、PCB含铜量；4、铜层厚度，JESD51中0.07mm（2oz/ft2），实际应用中可能为0.018mm(1/2oz/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；JESD51-13GlossaryofThermalMeasurementTermsandDefinitions半导体器件热测试常用术语介绍JESD51-14TransientDualInterfaceTestMethodfortheMeasurementoftheThermalResistanceJunctiontoCaseofSemiconductorDeviceswithHeatFlowTroughaSinglePath热设计过程中，结温的推算常见两个误区：1、θJC定义为芯片表面主要散热的面，也就是可能为芯片的casetop面，也可能是芯片的bottompad面。热测试中测芯片的top面，用top面的温度加结壳热阻与热耗的乘积来推算结温的方法并不一定正确；2、因具体使用场景的不同，规格书上看到的器件热阻值并不可所有情况都直接用，如一般家庭网关的CPU芯片，不加散热用结顶热阻推算结温很方便，如果有散热器了，再使用结顶热阻就可能低估了结温。热设计交流：[e-mail]