关于热阻

-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。
18
1050
18
950
18
1425
40
570
40
665
40
665
33
830
14
1665
14
1815
12
2000
14
1175
33
800
33
950
65
765
12
2500
33
710
33
710
33
765
26
865
17
865
17
865
17
865
Tj:150℃ Pd
(mW) 565 1135 1135 1135 1470 480 480 490 640 710 780 780 805 805 595 805 595 690 780 890 1470 830 1785 1665 1000 1315 1190 1785 710 830 830 1040 2080 2270 2500 1470 1000 1190 960 3125 890 890 960 1085 1085 1085 1085
θja (℃/W)
95 75 85 75 50 45 65 80 50 50 85 75 75 75 65 65 70 45 35
4层电路板
Tj:125℃
Ψjt
Pd
(℃/W) (mW)
26
1050
15
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(Junction Temperature)（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。
A=76.2mm
1mm
1 mm
铜箔
2 层电路板
表面 背面
B=114.3mm 1.57mm
H=2.54mm
G=1.98m m
E=2.39mm D=3.96mm
F=74.2mm
C=9.53mm 1.6mm
A A 0.25mm≦A≦0.55mm
4 层电路板
图 2 测量电路板概略图
表面 铜箔 1 铜箔 2 背面
表 3 热阻值一览
2层电路板
Tj:125℃
Tj:150℃
Ψjt
Pd
Pd
(℃/W) (mW)
(mW)
59
270
335
52
330
415
42
355
445
43
355
440
16
465
580
88
285
360
89
280
350
89
270
340
70
380
480
70
405
510
27
465
580
27
465
580
33
475
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。
PKG
EPFFP6-A22) ESON4-F12) ESON6-H12) ESON8-U12) ESON8-V12)
SON6 SC88A SC82AB MTP5(SOT23-5) MTP6(SOT23-6) TVSP8 TVSP10 VSP8 VSP10 SSOP8 SSOP8-A3 SSOP10 SSOP14 SSOP16 SSOP20 SSOP20-C3 SSOP20-B2 SSOP32 TSSOP54-N1
＋
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 = ΔTj [℃/mV]
ΔTj = THi − TLo
ΔVF
VF
θja (℃/W) 370 300 280 280 215 345 355 365 260 245 215 215 210 210 270 215 270 225 210 185 130 200 110
105 180 140 155 110 235 195 195 150 90 80 160 120 155 135 200 105 240 225 225 205 225 205 205
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.2010-05-07
-2-
关于热阻
[ＴＥＧ芯片] 在本公司为了测量热阻，特别准备了叫 Thermal Test-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。
Ver.2010-05-07
-4-
关于热阻
[最大容许功率 Pd] IC 在常温(25℃以下)时的最大容许损失是用各 IC 的绝对最大定额消耗功率(Pd)来规定的。 环境温度超过 25℃时，就需变为对应各 IC 封装的热下降曲线(Derating Curve)。 以下显示的是一般的热下降曲线。
Pd [mW]
表1 用語的定义
定义 结温（Ｔｊ）和环境温度（Ｔａ）间的热阻 结温（Ｔｊ）和封装外壳表面温度（Ｔｃ1）间的热阻 结温（Ｔｊ）和封装外壳背面温度（Ｔｃ2）间的热阻 封装外壳温度（Ｔｃ）和环境温度（Ｔａ）间的热阻 结温 环境温度 封装外壳表面（型号面）温度 封装外壳背面温度 最大容许功率
Ver.2010-05-07
ΔVF = VF 0 − VFSS
[Ψjt 计算公式]
ψjt = (ΔTj + Ta) − TC1 = (K × ΔVF + Ta) − TC1 [℃／Ｗ]
VH × IH
VH × IH
ΔVF = VF 0 − VFSS
[用语说明]
VH：加在 TEG 芯片内部电阻的电压 IH：稳定时在 TEG 芯片内部电阻流动的电流
304.8mm
152.4mm
测量用 PKG
304.8mm 139.7mm
25.4mm
Ver.2010-05-07
热电偶
図 4 测量环境概略图
-3-
[测量电路] IM
IM
IH
VF
关于热阻
vH
GND
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。
85 260 260 255 195 175 160 160 155 155 210 155 210 180 160 140 85 150 70 75 125 95 105 70 175 150 150 120 60 55 50 85 125 105 130 40 140 140 130 115 115 115 115
17
905
17
1110
17
1110
17
1110
17
1250
17
1250
17
1175
5
1815
10
1815
Tj:150℃ Pd
(mW) 420 830 1135 1315 1920 1665 1470 1190 1785 1920 1135 1385 1385 1385 1560 1560 1470 2270 2270
■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。
Tc1
Tj
θja = Tj − Ta Pd
Ta
θca θja ψjt
ψjt = Tj − TC1 Pd
θjc = Tj − TC2 Pd
Tc2
图1
θjc θca
Ta
封装的热阻
项目 θｊａ ψｊｔ θｊｃ θｃａ Ｔｊ Ｔａ Ｔｃ1 Ｔｃ2 Ｐd
VH
IM
VF
VF0
VFSS
图 6 测量电路图
ຫໍສະໝຸດ Baidu
注）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]
θja = ΔTj = K × ΔVF VH × IH VH × IH
[℃／Ｗ]
595
33
475
595
42
370
460
36
465
580
42
370
460
38
440
555
35
475
595
34
540
675
13
765
960
34
500
625
17
905
1135
10
950
1190
34
555
690
24
710
890
21
645
805
21
905
1135
47
425
530
47
510
640
47
510
640
4层电路板
Tj:125℃
Ψjt
Pd
(℃/W) (mW)
53
450
27
905
26
905
26
905
8
1175
69
380
73
380
72
390
60
510
60
570
23
625
23
625
25
645
25
645
36
475
15
645
36
475
33
555
26
625
26
710
9
1175
26
665
8
1425
9
1330
29
800
最
大
125 or 150℃
容
许
功
率
25℃
T opr
环境温度 Ta [℃]
Tj(max)
图 7 最大容许功率
Ver.2010-05-07
-5-
关于热阻
■标准热阻值一览
表 3 表示的是各封装的标准热阻值（无风状态）一览。
注意事项：表中的值是代表值，会根据芯片尺寸、引线框架定位尺寸、电路板规格(材质、布线形式等) 等的不同而变化。
ΔVF = 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
K 系数
0
50
100 150 200
[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。
37
665
830
17
1110
1385
17
1250
1560
28
625
780
18
830
1040
37
645
805
37
740
925
67
500
625
17
950
1190
40
415
520
40
440
555
40
440
555
40
485
605
24
440
555
24
485
605
24
485
605
θja (℃/W) 220 110 110 110
EMP8 EMP14 EMP8-E2 EMP16-E2 DMP8 DMP14 DMP16 DMP20 DMP24 SDMP30 HSOP82) SOP22 SOP28 SOP40 SOT891)2) TO2521)2) PCSP12-C3 PCSP20-CC PCSP20-E3 PCSP24-ED PCSP32-F7 PCSP32-G32) PCSP32-GD2)
Ver.2010-05-07
-6-
关于热阻
PKG
EQFN14-D72) QFN24-T1/T2
QFP32-J2 QFP44-A1 QFP48-P1 LQFP48-R3 LQFP52-H2 QFP56-A1 QFP64-H1 LQFP64-H2 QFP64-G1 QFP80-C1 QFP80-C2 QFP80-G1 QFP100-C1 QFP100-C2 QFP100-G1 QFP100-U1 PLCC28
θja (℃/W)
295 150 110 95 65 75 85 105 70 65 110 90 90 90 80 80 85 55 55
2层电路板
Tj:125℃
Ψjt
Pd
(℃/W) (mW)
53
335
22
665
17
905
17
1050
17
1535
9
1330
11
1175
17
950
17
1425
6
1535