热阻数据的TJ估算示例

本文的关键要点

・鉴于近年来电子设备中半导体元器件的实际安装条件，一般认为通过θJA进行热设计是比较难的。

・近年来难以统一TA的定义，需要单独定义。

・在半导体器件安装密度很高的设备中很难实测TA。

・近年来，根据比较容易实测的TT和ΨJT来估算TJ已成为主流方法。

上一篇文章中介绍了热阻数据θJA和ΨJT的定义。接下来将分两次来探讨在进行TJ估算时如何使用θJA和ΨJT。另外，还将单独介绍使用了热阻数据的TJ估算示例。

θJA和ΨJT

下表是上一篇中提到的θJA和ΨJT相关的重点内容。θJA是从结点到周围环境之间的热阻，存在多条散热路径。ΨJT是从结点到封装上表面中心的热特性参数。ΨJT的计算公式中包含的TT是封装顶面中心的温度。

符号	定义	用途	计算公式
θJA	结点与周围环境间的热阻。	形状不同的封装之间的散热性能比较。	θJA＝(TJ－TA) / P
ΨJT	表示相对于器件整体的功耗P的、结点与封装上表面中心之间的温度差的热特性参数。	估算在实际应用产品（实际散热环境）中的结温。	ΨJT＝(TJーTT) / P

表格中建议的用途是θJA：“形状不同的封装之间的散热性能比较”，ΨJT：“估算在实际应用产品中的结温”，下面来思考一下这样建议的原因。

关于θJA

在热设计中，有一个讨论：“θJA可以应用于热设计吗？”从结论来看，可以认为使用θJA来进行热设计是存在困难的。其主要原因如下：

● TA的温度是哪里的温度？

最终还是需要通过估算TJ的温度来进行判断。使用θJA计算TJ时，需要环境温度TA。

TA的温度是由JEDEC Standard定义的。以下是用来参考的JEDEC Standard：

▸ JESD51-2A Integrated Circuits Thermal Test Method Environmental Conditions – Natural Convection (Still Air)

TA基本上是在JEDEC指定的位置测量的，但有些制造商可能会单独提出TA测量条件。

另外，JEDEC Standard是在不受发热影响的空间前提下来定义TA的，但近年来设备的安装情况越来越复杂，出现了是否真的存在不受发热影响的空间的讨论。

● 高密度安装趋势

如上一项所提到的，由于安装密度越来越高，IC和其他发热器件拥挤在电路板上。很容易想象，现实中由于与目标相邻的IC等器件的热干扰导致温度升高，因此很难判断认为是TA的位置的温度是否真的是TA的温度。

● θJA随有效散热范围的变化而变化

表面贴装型封装的IC，其技术规格书中的θJA会提供散热用的铜箔面积、电路板的材质和厚度等条件。因此反过来也可以说“θJA根据实装条件而变化”。右图是表示θJA和IC贴装部的表面铜箔面积之间的关系的数据示例。从图中可以明显看出，随着铜箔面积的增加，θJA变小了，但是θJA的变化并不是线性的，而且如果没有提供这样的图，根据实际电路板的相应面积估算θJA是相当困难的。很遗憾的是，并不是每个制造商都会提供这样的图表。

基于这些情况，尤其是在近年来的实际情况下，通常认为使用θJA进行热设计是很难的。近年来，逐渐成为主流的TJ估算方法是实际测量目标产品封装顶面中心的温度TT，并根据ΨJT计算TJ。

关于ΨJT

ΨJT表示相对于器件整体的功耗P的、结点与封装顶面中心之间的温度差的热特性参数。下图是表示TJ和TT的示意图。由于TT是封装顶面中心处的温度，因此可以在实装设备的实际工作状态下使用热电偶等进行测量。

只要能够获得TT的数据，就可以通过变换前面给出的ΨJT的公式来求得TJ。

ΨJT＝(TJーTT) / P⇒TJ＝TT＋ΨJT×P

“ΨJT×P”是TJ和TT之间的温差，因此将其与TT相加得到TJ。

下一篇将介绍半导体器件实装设备中的各种条件与θJA和ΨJT之间的关系，以及TJ在ΨJT估算中的有效性。

原文标题：R课堂 | 热阻数据：估算TJ时涉及到的θJA和ΨJT

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审核编辑：汤梓红