厚膜集成电路电源优化设计运用

1实验测试

本文主要采用了红外测量技术来测量整个电路中不同部件的温度变化情况，该方法不需要探测器接触到电路就能直接测出整个电路中各个部分的温度，这种不接触的形式不会对电路内部的温度产生影响，也能得到较为精确的测量结果，这也是该测试方法最具有竞争力的地方。由于在空气中的物体或多或少地都会向外部辐射一定的能量，这种能量往往以红外线的形式存在，因此用红外探测器很容易分辨出不同部分温度之间的差异，并且能够快速鉴别出物体表面的温度。

2有限元建模求解

为了得到较为准确的实验结果，笔者所在的研究团队采用了计算机技术来辅助测试，使用了包括ANSYS、EXCEL等在内的常用测试软件，并围绕核心的有限元法对电源进行了检测与测量,得到了线路中各个节点的温度，并且对其散热性能进行了系统性的分析。一般来说，一个电源模块内部往往包含有数量众多的电子元器件，并且相互之间的关系较为复杂，系统高度集成化，要对其进行建模需要消耗大量的时间与计算，往往得不偿失。在这样的条件下，笔者所在的研究团队适当简化了电源模块，将在红外检测中变化不大的元器件中直接省略，转而研究那些温度变化较大的元器件，并得到了较好的实验结果。

3优化设计

DC/DC电源在工作的过程中自然会产生大量的热量，为了减少发热对电路稳定顺利运行的影响，就需要采用一定的散热处理。散热一般从两个方向进行，其一为减少整体的发热量，其二为提升散热功率。在常用的散热手段中，最为经济的就是加装散热器了，但是这种操作受到很多因素的影响，不仅要控制整个系统的体积，还要考虑成本因素。因此在加装散热器得不偿失的时候，就要考虑提升系统内部的热传导效率了。

3.1对DC/DC电源进行热模拟

在本文设计的模拟实验当中选用的DC/DC电源为金属材质，金属材质传导热量的能力较强，并且电源采用的是真空封闭，因此散热能力较差，难以通过空气的对流来实现散热。除此之外，由于电源材料主要以辐射较低甚至是无辐射的材料制作而成，因此内部的热量主要以热传导的方式向外传递，传导的过程中要通过粘结层、基板以及外壳等部分，然后再在外壳表面对外辐射出热量。为了准确而又有效地展现内部热传导的实际情况，研究人员假设内部的热量并没有辐射的现象。

3.2如何优化电源的设计

本模拟所选用的电源主要以传导的方式来散热，所以选用材料的种类，以及材料自身热传导的优良性都是保证系统内部温度正常的因素。在功率器件VDMOS的核心部分，温度一般处于不断变化的过程中，笔者所在的研究团队分析了外壳、基板等部位采用材料的种类对温度变化的影响，发现电源外壳是直接决定散热能力的因素。由于外壳是电源内部热量与外部空气交换的关键部位，所以要保证电源外壳较高的热传导性能。一般来说，材质的导热系数越高，就能在单位时间内传导并散发出更多的热量，这也是选择散热能力高的材料时首先要考虑的因素。四种不同的材料分别受到芯片温度的影响，而随着温度的不断升高，外壳的导热率也随之增大，在短时间内传导走更多的热量，这也是高热导率的材料传热的原理。

4结论

在大量的实践基础上，本文结合了有关测量结果，采用了有限元法来分析了DC/DC电源的散热情况，模拟了一套有较强针对性的实验模型，对电源内部的热量分布以及实际散热效率进行了系统性的分析。还讨论了不同种类的材料散热能力的高低，得到了具有普遍性的实验结果。仔细分析实验结果我们可以发现，要想提升芯片的散热能力与散热效果，可以选用导热系数更大的材料，或是提升内部散热系统地总功率，以保证集成电路的长期稳定运行。

作者：任志伟 尚书 单位：锦州七七七微电子有限责任公司