結溫,junction temperature,半導體結溫-KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2023-11-28
結溫（Junction Temperature）是電子設備中半導體（晶圓、裸片）的實際工作溫度。它通常較封裝外殼溫度（Case Temperature）高。溫度差等于其間熱的功率乘以熱阻。
結溫可以衡量從半導體晶圓到封裝器件外殼間的散熱所需時間以及熱阻。
最高結溫（Maximum junction temperature），器件結溫越低越好。
最高結溫會在器件的datasheet數據表中給出，可以用來計算在給定功耗下器件外殼至環境的熱阻。這可以用來選定合適的散熱裝置。
如果器件結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，所以應采取各種途徑降低結溫或是讓結溫產生的熱量盡快散發至環境中。
首先必須保證芯片的結溫在其可以承受的范圍之內。工業級產品一般規定范圍是-20~85℃，軍品或者汽車級能達到-40~125℃。
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）。
PN結 結構圖
PN結電子空穴復合發熱
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。
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。
器件溫度散熱圖
結溫公式
結溫為：熱阻×輸入功率+環境溫度,因此如果提高接合溫度的最大額定值,即使環境溫度非常高,也能正常工作。
一個芯片結溫的估計值Tj，可以從下面的公式中計算出來：
Tj=Ta+( R θJA × PD )
Ta = 封裝的環境溫度 ( o C )
R θJA = P-N結至環境的熱阻 ( o C / W ) （數據手冊一般會提供）
PD = 封裝的功耗即功率 (W) 芯片功耗 = Pin-Pout
關于PD,例如如果輸入電流為12V，采用78M05進行穩壓，穩壓到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計。
降低結溫的途徑：
1、減少器件本身的熱阻；
2、良好的二次散熱機構；
3、減少器件與二次散熱機構安裝介面之間的熱阻；
4、控制額定輸入功率；
5、降低環境溫度；
結溫對半導體的影響：
聯系方式：鄒先生
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