如何估計電源管理IC的連接線載流能力

　　圖1具備重要溫度監視點的PCB上的封裝

　　商業應用將最高環境溫度限制為不超過70℃，而工業應用則將該溫度限定為85℃。大多數應用規定，芯片的最高節溫為125℃，而有些應用則規定該溫度為150℃。

　　為了估計在最壞情況下導線的載流能力，該模型假定，最高芯片節溫為125℃時的環境溫度為工業環境溫度。自然對流邊界條件適用于封裝表面，這時封裝引線溫度為100℃。

　　小量電流流經導線時，不改變整條導線的溫度曲線，導線兩端仍然保持相同的原始溫度。隨著電流的穩步增大，最高溫度不再是芯片節溫，而是導線中間某處的溫度。

　　在模塑化合物的玻璃化轉變溫度（Tg）上，材料從硬的、相對較脆的狀態轉變為軟的、類似橡膠的狀態，這時典型溫度大約為150℃。如果流經導線的電流使模塑化合物的溫度超過其Tg溫度，那么時間和溫度將使這條連接線上的環氧樹脂材料的化學鍵劣化。這不僅導致模塑化合物的熱阻增大，而且增大了材料的滲透性，使材料容易侵入潮氣和其他離子污染物。因此，在計算導線的載流能力時，假定150℃的導線-模塑化合物連接線溫度為上限溫度。

　　以此為標準，來分析導線材料的類型、導線長度和導線直徑的影響，并將分析數據與理論上的估計值進行比較。

　　圖2顯示了采用3種方法計算出的1mm長黃金導線的載流能力。利用FEM方法所得的電流值在開始時，與利用修改過的普里斯方程計算出的電流值相同，不過隨著導線直徑增大，兩條電流曲線出現了偏離。

　　圖2 用FEM方法和修改過的普里斯方程計算出的1mm長黃金導線的載流能力

　　圖3顯示了用FEM方法計算出的1mm長黃金導線及銅導線的載流能力。正如所預期的那樣，與黃金導線相比，銅導線能傳送更大的電流。

　　圖3 用FEM方法算出的1mm長黃金及銅導線的載流能力

　　圖4顯示用FEM方法計算出的3種不同長度黃金導線的載流能力。正如所預期的那樣，隨著長度增加，導線傳送電流的能力下降了。

　　圖4 用FEM方法計算出的3種不同長度黃金導線的載流能力

　　表2總結了不同導線組合的電流值（單位：安培）。

　　表2 不同導線組合的電流值（單位：安培）總結

　　總之，本文針對實際應用環境，闡明了導線材料類型、導線長度和導線直徑對導線載流能力的影響。本文還探討了用常規方法估計載流能力產生的限制。