半导体器件的热阻及各种温度参数说明

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。

Typical-Thermal-Parameter
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。

Semiconductor-Thermal

其中

Formula

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,用放射温度计或热电偶来测量封装表面温度Tc1。
  • 把测得的Tc1 代入下式后,就可以算出了。

Tj-Caculate

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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