전원 설계 기술 정보 사이트

기술 자료 다운로드

2021.11.10 Si 파워 디바이스

PMDE 패키지의 방열 성능
(시뮬레이션)

Si 다이오드용 소형 · 고방열 패키지 「PMDE」의 평가

본 편에서는 시뮬레이션을 이용하여, PMDE와 PMDU의 방열 성능을 비교해보겠습니다.

열 시뮬레이션 방법

하기 그림과 같이 50×50×0.8t (mm)의 PCB (프린트 기판)에서, 디바이스를 실장하는 동박 사이즈를 단계적으로 넓힌 경우의 소자 온도 Tj와 열 전달을 시뮬레이션하였습니다. 동박 면적이 커짐에 따라 열이 넓게 확산하여 방열이 개선되는 것을 알 수 있습니다. 또한, PCB의 글래스 에폭시 부분에 대한 열 전도는 매우 적다는 것도 알 수 있습니다. 따라서 충분한 방열을 위해서는 실장하는 동박 면적의 크기가 매우 중요하다고 할 수 있습니다.


PCB에서의 방열 이미지 (시뮬레이션)

PMDE 패키지의 열 저항 Rth(j-a)과 동박 면적

위에서 설명한 열 시뮬레이션 결과를 바탕으로, PMDE와 PMDU의 Junction – 주위 열 저항 Rth(j-a)와 동박 면적의 관계를 그래프로 나타냈습니다. 그리고, Rth(j-a)에 관해, PMDU를 기준으로 하여 PMDE의 상대 오차를 함께 표시하였습니다.


PMDE와 PMDU의 Rth(j-a) vs. 동박 면적


PMDU를 기준으로 할 때, PMDE의 Rth(j-a) 상대 오차

동박 면적이 작으면 PMDE의 이면 방열 효과가 충분히 발휘되지 않아, PMDE의 Rth(j-a)는 PMDU보다 큰 수치가 됩니다. 동박 면적이 커짐에 따라 PMDE의 방열 효과가 향상되어 PMDU와의 차이는 작아지며, 동박 두께 t=35µm인 경우 약 90mm2, t=70µm인 경우 약 60mm2으로 PMDU와 동등한 열 저항이 됩니다. 동박 면적이 더 커지게 되면, PMDE의 방열성이 더욱 향상되어 PMDU의 방열성을 뛰어넘게 됩니다. 그리고, 2,000mm2 부근에서 포화가 시작됩니다.

이러한 결과를 바탕으로, PMDE를 사용하여 양호한 방열 특성을 얻기 위해서는, 적절한 동박 면적을 확보해야 한다는 것을 알 수 있습니다. 동박 면적이 너무 작으면 PMDU보다 방열 성능이 떨어지고, 반대로 동박 면적이 지나치게 커도 그에 적합한 방열 성능의 향상이 얻어지지 않아, 기판 면적의 효과가 떨어집니다. 또한, 동박이 두꺼운 경우가, 더 작은 면적으로 PMDU보다 좋은 방열 성능을 얻을 수 있습니다.

・PCB 실장 상태에서는, 동박 면적이 커짐에 따라 열이 확산되기 쉬우므로, 방열성이 향상된다.

・동박 면적이 너무 작으면, PMDE의 Rth(j-a)는 PMDU보다 커지게 되어 충분한 방열 성능을 발휘하지 못하게 된다.

・동박 면적이 커짐에 따라 PMDE의 방열 성능이 향상되고, 동박 면적이 더 커지면 방열 성능이 PMDU를 뛰어넘는다.

・PMDE의 방열 성능은 동박이 두꺼울수록, 더 작은 동박 면적으로 PMDU보다 좋은 방열 성능을 얻을 수 있다.

・동박 면적을 필요 이상으로 크게 하면 방열 성능이 포화되어, 면적에 적합한 효과가 얻어지지 않으므로, 동박 면적은 적절한 사이즈로 설정한다.

기술 자료 다운로드