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[经验] 详解芯片的结温

2019-9-20 09:05:08  167 芯片
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在阅读半导体器件的Datasheet时,我们经常可以看到很多温度值,结温度,外壳温度,环境温度等等。本人在网上查阅了一些相关资料,在此做简要说明。一份典型的关于半导体温度相关参数的说明如下图所示。

背景
通常,芯片的结温(Junction Temperature)(Tj)每上升10℃,器件的寿命就会大约减为一半,故障率也会大约增大2倍。Si 半导体在Tj 超过了175℃时就有可能损坏。由此,使用时就必须极力降低Tj,以容许温度(通常80~100℃)为目标进行热量设计。但是,对于功率器件那样的高输出 元件,要把Tj 抑制在容许温度以下其实是比较困难的,所以通常以规格书里揭载的最高容许温度的80%为基准来设计Tj。另外、即使器件的封装相同,根据器件的芯片尺寸、 引线框架的定位尺寸、实装电路板的规格等不同、热阻值也会发生变化,需要特别注意。
定义
半导体封装的热阻是指器件在消耗了1[W]功率时,用芯片和封装、周围环境之间的温度差按以下公式进行计算。

其中



项目
解说
θja
结温(Tj)和周围温度(Ta)之间的热阻
ψjt
结温(Tj)和封装外壳表面温度(Tc 1)之间的热阻
θjc
结温(Tj)和封装外壳背面温度(Tc 2)之间的热阻
θca
封装外壳温度(Tc)和周围温度(Ta)之间的热阻
Tj
结温
Ta
周围温度
Tc 1
封装外壳表面(型号面)温度
Tc 2
封装外壳背面温度
Pd
最大容许功率

结温(Tj)的验证方法(ψjt 已知)
用以下的方法可以估算结温(Tj)。
  • 先求IC 的功率(P)。
  • 在实际组装时的环境条件下,用放射温度计热电偶测量封装表面温度Tc1。
  • 把测得的Tc1 代入下式后,就可以算出了。

如之前讲述的、推荐以Tj 的最高容许温度的80%为基准来进行热量设计。
注)θja,ψjt 是实装到以JEDEC 规格为基准的电路板上时的数值,但是根据引脚类型的尺寸、电路板的材质和尺寸、电路板上的布线比率的不同,多少会有些变化,要特别注意。

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