半導(dǎo)體器件的結(jié)溫理解分析-KIA MOS管

結(jié)溫（Junction Temperature）

結(jié)溫是處于電子設(shè)備中實際半導(dǎo)體芯片（晶圓、裸片）的最高溫度。它通常高于外殼溫度和器件表面溫度。結(jié)溫可以衡量從半導(dǎo)體晶圓到封裝器件外殼間的散熱所需時間以及熱阻。

最高結(jié)溫（Maximum junction temperature），器件結(jié)溫越低越好。

最高結(jié)溫會在器件的datasheet數(shù)據(jù)表中給出，可以用來計算在給定功耗下器件外殼至環(huán)境的熱阻。這可以用來選定合適的散熱裝置。

如果器件結(jié)溫超過最高工作溫度，器件中的晶體管就可能會被破壞，器件也隨即失效，所以應(yīng)采取各種途徑降低結(jié)溫或是讓結(jié)溫產(chǎn)生的熱量盡快散發(fā)至環(huán)境中。

首先必須保證芯片的結(jié)溫在其可以承受的范圍之內(nèi)。工業(yè)級產(chǎn)品一般規(guī)定范圍是-20~85℃，軍品或者汽車級能達到-40~125℃。

結(jié)溫為：熱阻×輸入功率+環(huán)境溫度,因此如果提高接合溫度的最大額定值,即使環(huán)境溫度非常高,也能正常工作。

一個芯片結(jié)溫的估計值Tj，可以從下面的公式中計算出來：

Tj=Ta+( R θJA × PD )

Ta = 封裝的環(huán)境溫度 ( o C )

R θJA = P-N結(jié)至環(huán)境的熱阻 ( o C / W ) （數(shù)據(jù)手冊一般會提供）

PD = 封裝的功耗即功率 (W)  芯片功耗 = Pin-Pout

關(guān)于PD,例如如果輸入電流為12V，采用78M05進行穩(wěn)壓，穩(wěn)壓到5V，最大輸出電流為0.3A ,則78M05消耗的（最大）功耗為P=（12V-5V）x 0.3A=2.1W

推薦以Tj 的最高容許溫度的80%為基準來進行熱量設(shè)計。

降低結(jié)溫的途徑：

1、減少器件本身的熱阻；

2、良好的二次散熱機構(gòu)；

3、減少器件與二次散熱機構(gòu)安裝介面之間的熱阻；

4、控制額定輸入功率；

5、降低環(huán)境溫度；

結(jié)溫理解

通常，芯片的結(jié)溫(Junction Temperature)（Tj）每上升10℃，器件的壽命就會大約減為一半，故障率也會大約增大２倍。Si 半導(dǎo)體在Tj 超過了175℃時就有可能損壞。

由此，使用時就必須極力降低Tj，以容許溫度（通常80～100℃）為目標進行熱量設(shè)計。但是，對于功率器件那樣的高輸出 元件，要把Tj 抑制在容許溫度以下其實是比較困難的，所以通常以規(guī)格書里揭載的最高容許溫度的80%為基準來設(shè)計Tj。

另外、即使器件的封裝相同，根據(jù)器件的芯片尺寸、 引線框架的定位尺寸、實裝電路板的規(guī)格等不同、熱阻值也會發(fā)生變化，需要特別注意。

定義

半導(dǎo)體封裝的熱阻是指器件在消耗了１[Ｗ]功率時，用芯片和封裝、周圍環(huán)境之間的溫度差按以下公式進行計算。

其中

結(jié)溫(Tj)的驗證方法（ψjt 已知）

用以下的方法可以估算結(jié)溫(Tj)。

先求IC 的功率(P)。

在實際組裝時的環(huán)境條件下，用放射溫度計或熱電偶來測量封裝表面溫度Tc1。

把測得的Tc1 代入下式后，就可以算出了。

如之前講述的、推薦以Tj 的最高容許溫度的80%為基準來進行熱量設(shè)計。

注)θja,ψjt 是實裝到以JEDEC 規(guī)格為基準的電路板上時的數(shù)值，但是根據(jù)引腳類型的尺寸、電路板的材質(zhì)和尺寸、電路板上的布線比率的不同，多少會有些變化，要特別注意。

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