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时间:2020-09-03
《热阻与温度计算2011.05.04.pdf》由会员上传分享,免费在线阅读,更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、关于热阻本资料,作为客户热量设计时的参考,关于本公司的热阻的各参数定义、测量方法等在此进行解说。■背景通常,元件的结温(JunctionTemperature)(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
2、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]功率时以产生的元件和封装表面或者周围的温度差用以下公式进行计算的。TaTc1TjθcaθjaTj−Taθja=ψjtPdTj−TθjcC1ψjt=PdθcaTc2Tj−TC2Taθjc=Pd图1封装的热阻表1用語的定义项目定义θja结温(Tj)和环境温度(Ta)间的热阻ψjt结温(Tj)和封装外壳表面温度(Tc1)间的热阻θjc结温(Tj)和封装外壳背面温度(Tc2)间的热阻θca封装外壳温度(Tc)和环境温
3、度(Ta)间的热阻Tj结温Ta环境温度Tc1封装外壳表面(型号面)温度Tc2封装外壳背面温度Pd最大容许功率Ver.2010-10-22-1-关于热阻■结温(Tj)的验证方法(ψjt已知)用以下的方法可以估算结温(Tj)。①先求IC的功率(P)。②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。③把测得的Tc1代入下式后,就可以算出了。Tj=ψjt×P+TC1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)本公司测定的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
4、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。■热阻的测量方法本公司热阻的测量方法是以[JEDEC规格]为基准,在以下表示。[测量电路板]下图是测量电路板的概略图。关于详细信息请查阅EIA/JEDEC规格EIA/JESD51-3/-5/-7。A=76.2mm1mm铜箔1mm表面1.57mm背面2层电路板B=114.3mmG=1.98mm表面A铜箔1H=2.54mm1.6mmA铜箔2E=2.39mm背面D=3.96mm0.25mm≦A≦0.55mmF=74.2mmC=9.53mm4层电路板图2测量电
5、路板概略图实装电路板:EIA/JESD51-3/-5/-7基准、FR-4电路板尺寸:2层114.3×76.2mm、厚度1.57mm、4层(内有铜箔)114.3×76.2mm、厚度1.6mm注)4层电路板的里面使用有铜箔1,2(尺寸:74.2×74.2mm、厚度:35um)。Ver.2010-10-22-2-关于热阻[TEG芯片]在本公司为了测量热阻,特别准备了叫ThermalTest-Element-Group(以下称热量TEG)的芯片。它是由电阻元件和二极管构成,电阻元件是作为发热元,二极管则是作为温度传感器使用。以下显示的是抽象图和等
6、价电路图的一例。热阻会根据芯片尺寸发生变动,所以在本公司有3种芯片尺寸。+芯片抽象图等价电路图図3测量电路板概略图[K系数]为了求热阻,就必须要知道结温,但是又不能直接测量结温。可是,利用结温和二极管順方向电压(VF)的温度依赖关系,可以得知结温。VF是温度的一次性函数,它的倾斜率称作K系数。K系数ΔTjK=[℃/mV]ΔTj=THi−TLoΔVFVFΔVF=VHi−VLo(V)VHi:高温时的二极管順方向电压VLo:常温时的二极管順方向电压050100150200[测量环境]环境温度(℃)测量时,为了排除外部风的影响,在亚克力箱中以无风
7、的状态下进行的(图4)。另外,环境温度是用距离PKG中心以下25.4mm的热电偶来测量的。304.8mm测量用PKG152.4mm304.8mm25.4mm139.7mm热电偶図4测量环境概略图Ver.2010-10-22-3-关于热阻[测量电路]IMIHIMvHVFGND图5测量电路图[测量时间]1.在器件加热前,先测量让内部二极管以IM电流(1mA)流动时的VF0值。2.然后给内部电阻以加热电压VH来加热一段时间,等稳定后再测量IH值。3.这时候再测量内部二极管以IM电流流动时的VFSS值。VHIMVFVF0VFSS图6测量电路图注)
8、VH是在最大保存温度(Tstg-max)左右和前后各3点来设定的值。[热阻计算]根据表2可以算出θja和Ψjt。表2热阻的计算公式热阻计算公式[θja计算公式]ΔTjK×ΔVFθja==[℃/
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