一种星载表贴芯片的散热结构设计与优化new

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1、《现代电子技术}2o08年第22期总第285期集成电路与材料一种星载表贴芯片的散热结构设计与优化朱金彪(中国科学院电子学研究所北京100190)摘要：星栽电子设备大功率表贴芯片的特点是热沉面一般在其顶部，四周通过上百个管脚焊接在印制板上。传统的设计方法是在芯片顶部扣压非弹性的金属板将热量通过传导带走。但是金属板和芯片之间的正压力不易控制，压力小则热阻大，无法满足散热要求，而压力大则容易使芯片管脚在卫星发射时断裂。给出一种“弹簧帽”散热结构，使用Flotherm软件对其进行了优化设计。分析结果与实际应用结果表明“弹簧帽”散热结构完全达到了设计要求。关键词：星载

2、电子设备；“弹簧帽”结构；表面贴装技术；热分析中图分类号：TN8O3；TP302文献标识码：B文章编号：1004—373X(2008)22—015—03HeatspreaderStructureDesignandOptimizationoftheSpaceborneSMTChipsZHUJinbiao(InstituteofElectronics，ChineseAcademyofSciences，Beijing，100190，China)Abstract：CharacteristicsofSMTchipsofhighpowerarethattheheat—s

3、inkplaneofthemisonthetopandtherearehundredsofpinsweldedonthePCB．Asarule，themethodoftakingofftheheatofthechipsistopressanun—springmetalplaneonthechips．Thedisadvantageofthismethodisthepositivepressurebroughttochipscannotbeeoncroled，thatistosay，littlepressureonchipswillgetmorethermalr

4、esistenceSOthatthemethoddoesnotwellinspreaderheat，ontheotherhand．morepressurewillgetpinsofchipsbreakswhilesatellitebeinglaunched．Thispaperdesignsasping—cap—structure，analyzesandoptimizesthesestructuresusingflothermsoftware，whichcomestoausefulconclusionthatthesping—cap—structuremeet

5、stherequirementofdesigns．Thesping—cap—structurehasbeenusedinthesatellite．Keywords：spaceborneelectronicequipment；sping—cap—structure；SMT；thermalanalysis生较大的内应力。本文设计一种弹性的弹簧帽散热结构，可以很好地为了满足星载电子设备可靠性热设计要求，使芯片解决这一问题。结温控制在一定温度范围内]，降低设备的失效概率，2常用星载表贴芯片的特点必须针对大功率芯片进行热设计L2]。而大功率表贴芯片的散热结构设计一直是

6、星载电子设备可靠性热设星载电子设备常用表贴芯片的封装形式[5]主要计的难点。有QFP塑料方型扁平式封装、PFP塑料扁平组件式封常见的热沉面在顶面的芯片的散热方法是采用一装、BGA球栅阵列封装、PLCC封装、SOP小外形封装整块金属导热板扣压在需要散热的大功率芯片的表等，如图1所示。面，热量通过金属导热板传导给机箱，或者使用一小块其中，QFP，PFP，PLCC，SOP等封装形式的芯片帽子形状的金属导热板扣压在芯片顶部和冷板上，热在电装时不需在PCB板上制作焊盘孑L，而是在PCB板量先通过帽子形金属导热板传导给冷板，然后再传导给表面对应芯片管脚位置上设置焊盘，采

7、用SMT表面贴机箱。这两种散热方案都存在可靠性低的问题：一是芯装技术实现与PCB板的焊接。由于器件底面与PCB片顶部受到的正压力难以控制，受压力过大，芯片的焊的留有间隙(约0．2mm)，所以器件的受力都作用到了点容易在卫星发射时的剧烈振动和冲击力下遭到破坏；管脚和焊盘上。压力过小，芯片的热沉面与散热结构接触面就减小，增3“弹簧帽”散热结构大了热阻，无法满足芯片散热的要求；二是由于芯片和金属导热板之间的热膨胀系数不同，受热变形后容易产基于上述表面贴装芯片的特点，设计”弹簧帽”式散热结构如图2所示。收稿日期：2008—03一O415朱金彪：一种星载表贴芯片的散热

8、结构设计与优化图2所示1为散热板；2为弹簧帽散热结构