芯片結(jié)溫分析,芯片結(jié)溫計(jì)算、公式-KIA MOS管

芯片結(jié)溫(Tj)：

結(jié)溫(Junction Temperature)是芯片中開關(guān)MOS管等器件的實(shí)際工作溫度。芯片內(nèi)部是由于一堆材料做成的各種微小的元器件，有微小的MOS，二極管，集成電阻，電容等等，它們?cè)诮?jīng)過電流時(shí)，也會(huì)發(fā)熱，尤其在一些過大電流的功率芯片的應(yīng)用中，結(jié)溫就成了一個(gè)必須考慮的參數(shù)，超過了就會(huì)使這些內(nèi)部元器件損壞，由于這些內(nèi)部的結(jié)構(gòu)器件距離芯片外部還有封裝隔離，因此它通常高于外殼溫度(Case Temperature)高。也就是會(huì)高于芯片標(biāo)定的工作溫度。

結(jié)溫產(chǎn)生機(jī)制

結(jié)溫主要產(chǎn)生在PN結(jié)區(qū)域。

從PN結(jié)制造工藝上，核心原理是根據(jù)雜質(zhì)補(bǔ)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(gè)耗盡區(qū)（或者稱為空間電荷區(qū)，如下圖右上）；兩個(gè)的交接線周圍形成一個(gè)PN結(jié)（如下圖左上）。

首先，電子空穴的復(fù)合也是一個(gè)發(fā)熱是結(jié)溫的主要熱源；復(fù)合遵循能量守恒原則，電子和空穴復(fù)合時(shí)應(yīng)釋放一定的能量，最后在內(nèi)部都轉(zhuǎn)換為熱能。

復(fù)合頻率越高產(chǎn)生熱越高，隨之會(huì)加速載流子速率μ，電場E相對(duì)不變，復(fù)合率和結(jié)溫形成閉合正反饋，導(dǎo)致結(jié)溫持續(xù)升高。

其次，PN結(jié)的工藝也不可能極端完美，電子/空穴的的注入效率達(dá)不到100％, 即在工作時(shí)除P區(qū)向N區(qū)注入電荷（Hole）外，N區(qū)也會(huì)向P區(qū)注入電荷（Electron）；同樣也會(huì)導(dǎo)致結(jié)溫升高。

最后，器件兩端的陰極Cathode，陰極Athode 2個(gè)的歐姆接觸（ohmic contact）會(huì)產(chǎn)生熱量，兩端形成熱屏障，阻礙內(nèi)部的熱量更難及時(shí)通過熱傳導(dǎo)方式消散，同樣會(huì)導(dǎo)致內(nèi)部結(jié)溫升高。

所以如果希望保證器件工作正常，務(wù)必保證芯片結(jié)溫在可承受范圍內(nèi)。

芯片結(jié)溫計(jì)算

熱阻參數(shù)介紹

RθJA 值越大，表示此 封裝的散熱效率越低，而值越小，表示器件散熱效率越高。 封裝尺寸越小，RθJA 值通常越大。如上圖DCK(SCK70)熱阻307.6°C/W，意味著芯片每消耗1W，芯片溫度就會(huì)升高 307.6°C 。

表中建議的芯片工作結(jié)溫介于 -55°C 至 150°C 之間。

結(jié)溫計(jì)算公式：

其中 TJ 為結(jié)溫，TA 為環(huán)境溫度，RθJA 為熱阻（取自數(shù)據(jù)表），PD 為功耗，Iground 為接地電流（取自數(shù)據(jù)表）。

下面給出一個(gè)簡單示例，使用 TPS732 將 5.5V 電壓下調(diào)至 3V，輸出電流為 250mA，采用 SOT-23 和 SOT-223 兩種封裝。

PD=[(5.5V-3V) x 250mA] + (5.5V x 0.95mA) = 0.63W

SOT - 23: TJ = 25°C + (205.9°C/W x 0.63W) = 154.72°C

SOT - 223: TJ = 25°C + (53.1°C/W x 0.63W) = 58.45°C

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