芯片結溫分析,芯片結溫計算、公式-KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2023-11-03
芯片結溫(Tj)：
結溫(Junction Temperature)是芯片中開關MOS管等器件的實際工作溫度。芯片內部是由于一堆材料做成的各種微小的元器件，有微小的MOS，二極管，集成電阻，電容等等，它們在經過電流時，也會發熱，尤其在一些過大電流的功率芯片的應用中，結溫就成了一個必須考慮的參數，超過了就會使這些內部元器件損壞，由于這些內部的結構器件距離芯片外部還有封裝隔離，因此它通常高于外殼溫度(Case Temperature)高。也就是會高于芯片標定的工作溫度。
結溫產生機制
結溫主要產生在PN結區域。
從PN結制造工藝上，核心原理是根據雜質補償，通過摻雜獲得,如下圖， P-type 摻雜和 N-type 摻雜接觸后，中間形成一個耗盡區（或者稱為空間電荷區，如下圖右上）；兩個的交接線周圍形成一個PN結（如下圖左上）。
首先，電子空穴的復合也是一個發熱是結溫的主要熱源；復合遵循能量守恒原則，電子和空穴復合時應釋放一定的能量，最后在內部都轉換為熱能。
復合頻率越高產生熱越高，隨之會加速載流子速率μ，電場E相對不變，復合率和結溫形成閉合正反饋，導致結溫持續升高。
其次，PN結的工藝也不可能極端完美，電子/空穴的的注入效率達不到100％, 即在工作時除P區向N區注入電荷（Hole）外，N區也會向P區注入電荷（Electron）；同樣也會導致結溫升高。
最后，器件兩端的陰極Cathode，陰極Athode 2個的歐姆接觸（ohmic contact）會產生熱量，兩端形成熱屏障，阻礙內部的熱量更難及時通過熱傳導方式消散，同樣會導致內部結溫升高。
所以如果希望保證器件工作正常，務必保證芯片結溫在可承受范圍內。
熱阻參數介紹
RθJA 值越大，表示此 封裝的散熱效率越低，而值越小，表示器件散熱效率越高。 封裝尺寸越小，RθJA 值通常越大。如上圖DCK(SCK70)熱阻307.6°C/W，意味著芯片每消耗1W，芯片溫度就會升高 307.6°C 。
表中建議的芯片工作結溫介于 -55°C 至 150°C 之間。
結溫計算公式：
其中 TJ 為結溫，TA 為環境溫度，RθJA 為熱阻（取自數據表），PD 為功耗，Iground 為接地電流（取自數據表）。
下面給出一個簡單示例，使用 TPS732 將 5.5V 電壓下調至 3V，輸出電流為 250mA，采用 SOT-23 和 SOT-223 兩種封裝。
PD=[(5.5V-3V) x 250mA] + (5.5V x 0.95mA) = 0.63W
SOT - 23: TJ = 25°C + (205.9°C/W x 0.63W) = 154.72°C
SOT - 223: TJ = 25°C + (53.1°C/W x 0.63W) = 58.45°C
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