半導(dǎo)體器件的結(jié)溫理解分析-KIA MOS管

結(jié)溫（Junction Temperature）

結(jié)溫是處于電子設(shè)備中實(shí)際半導(dǎo)體芯片（晶圓、裸片）的最高溫度。它通常高于外殼溫度和器件表面溫度。結(jié)溫可以衡量從半導(dǎo)體晶圓到封裝器件外殼間的散熱所需時(shí)間以及熱阻。

最高結(jié)溫（Maximum junction temperature），器件結(jié)溫越低越好。

最高結(jié)溫會在器件的datasheet數(shù)據(jù)表中給出，可以用來計(jì)算在給定功耗下器件外殼至環(huán)境的熱阻。這可以用來選定合適的散熱裝置。

如果器件結(jié)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(yīng)采取各種途徑降低結(jié)溫或是讓結(jié)溫產(chǎn)生的熱量盡快散發(fā)至環(huán)境中。

首先必須保證芯片的結(jié)溫在其可以承受的范圍之內(nèi)。工業(yè)級產(chǎn)品一般規(guī)定范圍是-20~85℃，軍品或者汽車級能達(dá)到-40~125℃。

結(jié)溫為：熱阻×輸入功率+環(huán)境溫度,因此如果提高接合溫度的最大額定值,即使環(huán)境溫度非常高,也能正常工作。

一個芯片結(jié)溫的估計(jì)值Tj，可以從下面的公式中計(jì)算出來：

Tj=Ta+( R θJA × PD )

Ta = 封裝的環(huán)境溫度 ( o C )

R θJA = P-N結(jié)至環(huán)境的熱阻 ( o C / W ) （數(shù)據(jù)手冊一般會提供）

PD = 封裝的功耗即功率 (W) 芯片功耗 = Pin-Pout

關(guān)于PD,例如如果輸入電流為12V，采用78M05進(jìn)行穩(wěn)壓，穩(wěn)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(zhǔn)來進(jìn)行熱量設(shè)計(jì)。

降低結(jié)溫的途徑：

1、減少器件本身的熱阻；

2、良好的二次散熱機(jī)構(gòu)；

3、減少器件與二次散熱機(jī)構(gòu)安裝介面之間的熱阻；

4、控制額定輸入功率；

5、降低環(huán)境溫度；

結(jié)溫理解

通常，芯片的結(jié)溫(Junction Temperature)（Tj）每上升10℃，器件的壽命就會大約減為一半，故障率也會大約增大２倍。Si 半導(dǎo)體在Tj 超過了175℃時(shí)就有可能損壞。

由此，使用時(shí)就必須極力降低Tj，以容許溫度（通常80～100℃）為目標(biāo)進(jìn)行熱量設(shè)計(jì)。但是，對于功率器件那樣的高輸出元件，要把Tj 抑制在容許溫度以下其實(shí)是比較困難的，所以通常以規(guī)格書里揭載的最高容許溫度的80%為基準(zhǔn)來設(shè)計(jì)Tj。

另外、即使器件的封裝相同，根據(jù)器件的芯片尺寸、引線框架的定位尺寸、實(shí)裝電路板的規(guī)格等不同、熱阻值也會發(fā)生變化，需要特別注意。

定義

半導(dǎo)體封裝的熱阻是指器件在消耗了１[Ｗ]功率時(shí)，用芯片和封裝、周圍環(huán)境之間的溫度差按以下公式進(jìn)行計(jì)算。

器件芯片結(jié)溫