半导体电路集成电路中，器件的结温是由什么决定的

半导体器件产生的热量来源于芯片的功耗，热量的累积必定导致半导体结点温度的升高，随着结点温度的提高，半导体器件性能将会下降，因此芯片厂家都有规定半导体器件的结点温度。在普通数字电路中，由于低速电路的功耗较小，在正常的散热条件下，芯片的温升不会太大，所以不用考虑芯片的散热问题。而在高速电路中，芯片的功耗较大，在正常条件下的散热不能保证芯片的结点温度不超过允许工作温度，因此需要考虑芯片的散热问题。半导体电路集成电路中，器件的结温是由产热与散热的诸因素决定的。

IC封装的热特性对于IC应用的性能和可靠性来说是非常关键的。

热阻，用“theta”或θ表示 ， θja是在自然对流或强制对流条件下从芯片接面到大气中的热阻，专指自然条件下（没有加通风措施）的数值。 由于测量是在标准规范的条件下去做的，因此对于不同的基板设计和环境条件就会有不同的结果，此值可以用于比较封装散热的容易与否，用于定性的比较。θja取决于IC封装、电路板、空气流通、辐射和系统特性，通常辐射影响可以忽略。 θjc是热由芯片接面传到IC封装外壳的热阻。 封装外壳可以看做是封装外表面的一个特定点，对于塑封外壳默认取1号引脚处；对于带裸焊盘的封装，默认取焊盘中心点。θjc取决于封装材料（引线框架、模塑材料、管芯粘接材料）和特定的封装设计（管芯厚度、裸焊盘、内部散热过孔、所用金属材料的热传导率）。指从管壳到周围环境的热阻，包括从封装外表面到周围环境的所有散热通路的热阻。几个参数之间的关系可以用如下公式来表示：

IC封装的热阻是衡量封装将管芯产生的热量传导至电路板或周围环境的能力的一个标准。给出不同两点的温度，则从其中一点到另外一点的热流量大小完全由热阻决定。如果已知一个IC封装的热阻，则根据给出的功耗和参考温度即可算出IC的结温。

为确保产品可以有比较高的可靠性，在选择IC封装时应考虑其热管理指标。所有IC在有功耗时都会发热，为了保证器件的结温低于最大允许温度，经由封装进行的从IC到周围环境的有效散热十分重要。通过一定的技术手段和计算公式，可以得到较为准确的结(管芯)温度、管壳(封装)温度和电路板温度。

集成电路在封装完成后,其热阻θjc一般就固定不变了。 对热阻的测量方法总的来说可以分为两种, 直接法 和 间接法 。红外法测试就是一种直接法,它是用红外测温仪对准发热芯片的表面,即可获得Tc、Tj,但为获得Tj需要将电路开封,可能会损伤内引线和芯片,所以直接法比较有限。

间接法(也称电学法)的测量原理是利用温度敏感参数作温度指示。通常是测量某一恒定的正向小电流下的晶体管发射极与基极的电压UBE,而UBE随温度的变化是有规律可循的。对于硅器件,在绝对零度时的UBE值是1267mV,锗是800mV,误差在2%以内。

由于一般IC封装时芯片接面会被封装材料盖住，而无法直接量测芯片工作时其接面发热的温度，因此热阻量测所采用的方式一般是利用组件的电性特性来量测，例如芯片上的二极管或晶体管的温度及电压特性。以二极管而言，由于其顺向偏压和温度会呈线性关系，因此可用来做为温度敏感参数。

由于一般实际的芯片上并不一定有容易量测的二极管接脚，再加上许多封装需在封装实际芯片之前就要测量封装的热阻值，因此大部分是采用热测试芯片来进行封装的热阻测量的。热测试芯片的制造目前已有许多厂商的产品可供利用，一般的热测试芯片中包括了温度感应组件、加热用电阻以及用来连接的金属垫，有的芯片之间有桥式设计，可使芯片做不同面积之组合。

而封装厂在测量芯片热阻时通常采用标准芯片法,就是在芯片上做几个电阻用来产生功耗,在芯片中央和其它位置放置小尺寸的晶体管,通过测量晶体管的热敏参数(正向UBE)得出芯片的温度。再由公式直接计算出热阻值。用标准芯片测量各种封装的热阻可得精确的结果。但因标准芯片的制作费用昂贵,所以只能为少数厂家所接受。

利用标准的量测方法量测出的热阻值在设计应用时仍然须注意一些重点，当系统环境与标准的测试环境不同时（如PCB的大小及风速）热阻值会有所不同，因此利用标准方式量出的热阻值最好是作为性能比较或是数值验证之用，用作实际设计时则仅供参考，否则会产生较大的误差。为了克服这个缺点，目前发展的新技术称为精致模型，希望能通过更详细的测量及模拟分析使热阻值成为热阻网络，因此在系统设计应用时不会受环境的太大影响。尽管如此，由于测量程序较为复杂，因此应用并不广泛。

经过这段时间查阅资料了解到，在封装形式、材料和工艺都比较类似的条件下,集成电路的θjc基本不变,所以如果在不是很严格的情况下,可以直接参照某些国际大公司的θjc热阻值来进行参考和估算。而我们需要了解热阻值的定义及应用方式，才能更好得判断某些封装的热特性好坏。

集成传感器是采用硅半导体集成工艺而制成的传感器，因此亦称硅传感器或单片集成传感器。模拟集成传感器是在20世纪80年代问世的，它是将传感器集成在一个芯片上、可完成测量及模拟信号输出功能的专用IC。模拟集成传感器的主要特点是功能单一(仅测量某一物理量)、测量误差小、价格低、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗等，适合远距离测量、控制，不需要进行非线性校准，外围电路简单。集成传感器是从制造工艺上对各种类型的传感器进行分类，是用标准的生产硅基半导体集成电路的工艺技术制造的。集成传感器是采用硅半导体集成工艺而制成的，因此亦称硅传感器或单片集成温度传感器，它是将温度传感器集成在一个芯片上、可完成温度测量及模拟信号输出功能的专用IC。模拟集成温度传感器的主要特点是功能单一、测温误差小、价格低、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗等，适合远距离测温、控温，不需要进行非线性校准，外围电路简单。图2-1是AD590用于测量热力学温度的基本应用电路。因为流过AD590的电流与热力学温度成正比，当电阻R1和电位器R2的电阻之和为1kΩ时，输出电压随温度的变化为1mV/K。但由于AD590的增益有偏差，电阻也有误差，因此应对电路进行调整。调整的方法为：把AD590放于冰水混合物中，调整电位器R2，使=273.2mV。或在室温下(25℃)条件下调整电位器，使=273.2+25=298.2（mV）。但这样调整只可保证在0℃或25℃附近有较高精度。

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