热阻和结温详细概念和设计指导.doc

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1、结温（junctiontemperature）结温（junctiontemperature）是处于电子设备中实际半导体芯片（晶圆、裸片）的最高温度。它通常高于外壳温度和器件表面温度。结温可以衡量从半导体晶圆到封装器件外壳间的散热所需时间以及热阻。2最高结温最高结温会在器件的datasheet数据表中给出，可以用来计算在给定功耗下器件外壳至环境的热阻。这可以用来选定合适的散热装置。如果器件工作温度超过最高结温，器件中的晶体管就可能会被破坏，器件也随即失效，所以应采取各种途径降低工作温度或是让结温产生的热量尽快散发至环境中。结温为：热阻×输入电力+环境温度,因此如果提高接合温度的最大额定

2、值,即使环境温度非常高,也能正常工作。一个芯片结温的估计值Tj，可以从下面的公式中计算出来：Tj=Ta+(RθJA×PD)Ta=封装的环境温度(ºC)RθJA=P-N结至环境的热阻(ºC/W)PD=封装的功耗(W)3降低结温的途径1、减少器件本身的热阻；2、良好的二次散热机构；3、减少器件与二次散热机构安装介面之间的热阻；4、控制额定输入功率；5、降低环境温度；热阻thermalresistance热量在热流路径上遇到的阻力，反映介质或介质间的传热能力的大小，表明了1W热量所引起的温升大小，单位为℃/W或K/W。用热功耗乘以热阻，即可获得该传热路径上的温升。可以用

3、一个简单的类比来解释热阻的意义，换热量相当于电流，温差相当于电压，则热阻相当于电阻。热阻Rja：芯片的热源结（junction）到周围冷却空气（ambient）的总热阻，乘以其发热量即获得器件温升。热阻Rjc：芯片的热源结到封装外壳间的热阻，乘以发热量即获得结与壳的温差。热阻Rjb：芯片的结与PCB板间的热阻，乘以通过单板导热的散热量即获得结与单板间的温差。热阻公式一般，热阻公式中，Tcmax=Tj-P*Rjc的公式是在假设散热片足够大而且接触足够良好的情况下才成立的，否则还应该写成Tcmax=Tj-P*(Rjc+Rcs+Rsa).Rjc表示芯片内部至外壳的热阻，Rcs表示外壳至散热

4、片的热阻，Rsa表示散热片的热阻，没有散热片时，Tcmax=Tj-P*(Rjc+Rca)。Rca表示外壳至空气的热阻.一般使用条件用Tc=Tj-P*Rjc的公式近似。厂家规格书一般会给出Rjc，P等参数。一般P是在25度时的功耗.当温度大于25度时，会有一个降额指标。实例举个实例：一、三级管2N5551规格书中给出25度（Tc）时的功率是1.5W(P)，Rjc是83.3℃/W。此代入公式有：25=Tj-1.5*83.3，可以从中推出Tj为150度。芯片最高温度一般是不变的。所以有Tc=150-Ptc*83.3，其中Ptc表示温度为Tc时的功耗.假设管子的功耗为1W，那么，Tc=150

5、-1*83.3=66.7度。注意，此管子25度（Tc）时的功率是1.5W，如果壳温高于25度，功率就要降额使用.规格书中给出的降额为12mW/度（0.012W/度）。我们可以用公式来验证这个结论.假设温度为Tc，那么，功率降额为0.012*(Tc-25）。则此时最大总功耗为1.5-0.012*(Tc-25）。把此时的条件代入公式得出：Tc=150-（1.5-0.012*(Tc-25））×83.3，公式成立.一般情况下没办法测Tj，可以经过测Tc的方法来估算Ttj，公式变为：Tj=Tc+P*Rjc。同样以2N5551为例.假设实际使用功率为1.2W，测得壳温为60度，那么：Tj=60+

6、1.2*83.3=159.96此时已经超出了管子的最高结温150度了！按照降额0.012W/度的原则，60度时的降额为（60-25）×0.012=0.42W,1.5-0.42=1.08W.也就是说，壳温60度时功率必须小于1.08W，否则超出最高结温.假设规格书没有给出Rjc的值，可以如此计算：Rjc=(Tj-Tc)/P，如果也没有给出Tj数据，那么一般硅管的Tj最大为150至175度.同样以2N5551为例。知道25度时的功率为1.5W，假设Tj为150，那么代入上面的公式：Rjc=（150-25）/1.5=83.3如果Tj取175度则Rjc=（175-25）/1.5=96.6所以

7、这个器件的Rjc在83.3至96.6之间.如果厂家没有给出25度时的功率.那么可以自己加一定的功率加到使其壳温达到允许的最大壳温时，再把数据代入：Rjc=(Tjmax-Tcmax)/P有给Tj最好，没有时，一般硅管的Tj取150度。补充说明我还要作一下补充说明。可以把半导体器件分为大功率器件和小功率器件。1、大功率器件的额定功率一般是指带散热器时的功率，散热器足够大时且散热良好时，可以认为其表面到环境之间的热阻为0，所以理想状态时壳温即等于环境温度.功率器