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電晶體是什麼? 元件溫度計算方式

 

接合處溫度的計算方法1:從周圍溫度計算(基本)

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文章摘要:電晶體是什麼?: 電晶體的元件溫度計算方法 | 電子小百科 ,丑陋阴面顶呱呱,室内设计褐色造端倡始。

接合處溫度(或通道溫度)可從周圍溫度或功耗來計算,從熱電阻這方面考量,

計算接合點溫度的方法

*Rth(j-a):接合處-空氣之間的熱電阻依據實際安裝的基板而異,
安裝敝社標準的基板時的值顯示為「代表性的封包電阻值」
Rth(j-a)的值根據各晶體而異,但若封包相同的話,將會出現類似的近似值。

**功耗非固定,時間有所變化的話,則以功耗做概略計算。
(求出平均消費電力的方法請參照『電晶體的使用可否判定方法』。)

以下舉例為Rth(j-a)為250oC/W且周邊溫度為25oC時所顯示的消費電力和接合處溫度的關係。

接合點溫度 vs. 耗電量

以功耗為比例,接合處溫度會上升。此時的比例定數為Rth(j-a)。Rth(j-a)為250oC/W,功耗每增加0.1W,接合處溫度則增加25oC。功耗為0.5W時,接合處溫度則為150oC。此例子中,可得知不會增加0.5W以上的功率。

接下來是Rth(j-a)同樣為250oC/W時,考量周圍溫度變化的例子。

接合點溫度 vs. 耗電量

也就是說,即使是相同的施加功率,由於周圍溫度上升後,符合該程度的接合處溫度也會上升,可施加的功率會變小。不只是熱電阻,根據環境的溫度,也會影響最大功耗。由於環境溫度在150oC時,可施加的功率會歸零,
100% ÷(150oC-25oC)=0.8%/oC
的比例中,可得知最大消費電力會變小。

顯示出此關係的便是以下的功率減輕曲線。

功率下降曲線

功率減輕曲線是以百分率顯示,可應用於所有的封包上。舉例來說,MPT3封包為25oC時,最大施加功率為0.5W,0.8%/oC的比例中,可施加功率會變小,50oC時為80%(減少20%)的0.4W、100oC時為40%(減少60%)的0.2W。

接合處的溫度計算方法2:
從周圍溫度(過渡熱電阻)

「1.從環境溫度(基本)」中,以功率可連續追加時為例子做考量。接著,可考量出瞬間功率會因為施加而上升溫度。藉由施加瞬間功率導致的溫度上升,是使用過渡熱電阻來計算。

暫態熱阻數據範例(2SD2675)

此圖表顯示過渡的熱電阻(過渡熱電阻)。橫軸為脈衝幅度、縱軸為熱電阻Rth(j-a),隨著施加時間變長,隨著接合處溫度上升,可了解經過約200秒後,會出現熱飽和,並達成一定的溫度。

舉例來說,由於施加時間為30ms,Rth(j-a)為20oC/W,環境溫度為25oC,3W的電力在30ms之間施加的話,可明白接合處溫度為

計算公式為

若瞬間功率以單發施加的話,可用計算求出接合處溫度。

接合處的溫度計算方法3:從外殼溫度

可從外殼溫度求出接合處溫度。
這是取代計算方法1或2中所介紹的接合處-空氣間的熱電阻:Rth(j-a),從接合處-外殼之間的熱電阻來計算的方法。

計算接合點溫度的方法

*ROHM以放射溫度計測量標印面的最高溫點溫度。根據測量方法的不同可能會有大幅變化,請多加注意。
**功耗非固定,時間有所變化的話,則以功耗做概略計算。

但是,特別是Rth(j-a)的值根據實裝的基板或軟銲等放熱條件的不同,會有大幅度的變化,使用敝社標準基板的測定值可能會有不通用於客戶機板的狀況,請多加注意。

以下以因為基板的集極端面積較大而使Rth(j-a)變小為例。(集極端的面積、厚度、材質等其他、基板的材質、大小、配線尺寸等也會有所變化。)
舉例來說,施加時間為30ms,Rth(j-a)為20oC/W,周圍溫度為25oC,並外加30分鐘的3W功率的話,接合處溫度為

2SD2673 (TSMT3) Rth(j-c) vs 集電極區域面積

如上所示,Rth(j-a)的值容易因為基板條件等狀態而變化,加上正確的外殼溫度難以測量,以推斷接合處溫度來說,不太推薦此方法。

關於接合處-外殼之間的熱電阻Rth(j-c)

接合處-外殼之間的熱電阻Rth(j-c)為,原先使用以散熱板固定的TO220封包等的自立型裝置的狀態下之值。在此狀況下,接合處-外殼之間為主要的散熱路徑,藉由測量該路徑中途的外殼溫度,可正確地求出接合處溫度。特別是假設使用具有理想散熱性的散熱板(無限大散熱板)的狀況下,考慮到散熱能力為無限大,視為外殼溫度=大氣溫度,(顯示Tc=25oC等)會以外殼溫度=25oC來計算。(由於無限大散熱板的熱電阻:Rth(c-a),則Rth(j-a)=Rth(j-c)。)

解說圖

但是,若為表面安裝型的裝置,從裝置下的基板的散熱為主要散熱路徑,難以測量該部分的外殼溫度。即使從裝置的標印面溫度測量,和全體散射量相較之下,從標面量散熱的比例非常地小,不適合當作測量接合處溫度用值。

為表面實裝元件時

想求出安裝表面品的Rth(j-c)值的要求較多,因此才會提議安裝敝社標準基板,測量標印面溫度,求出Rth(j-c)的值。若是安裝敝社標準基板,此時的Rth(j-c)會成為特別條件下的值。若是安裝與敝社標準基板不同的基板,從標印面散熱的比例會改變,Rth(j-c)值也會變更,無法推斷出接合處溫度。

代表性封包的抵抗值

  • 此數據是以測量LOT為基本製作。請遵從並將本數據作為參考值活用。 (非保證值或最大、最小值。)
  • 因為安裝機板或軟銲導致散熱條件或測量溫度方法的改變,Rth(j-a)會出現大幅變化。請當作參考值活用。
封裝 VMT3 EMT3 EMT5 EMT6 TUMT3
安裝機板 VMT3 EMT3 EMT5 EMT6 TUMT3
FR4機板尺寸
(unit:mm)
20×12×0.8 20×15×0.8 20×15×0.8 20×15×0.8 20×12×0.8
Rth(j-a)/
Rth(ch-a)
833oC / W 833oC / W 1042oC / W 1042oC / W 313oC / W
備註 只有1元件的動作 只有1元件的動作
封裝 TUMT6 UMT3 UMT5 UMT6 SMT3
安裝機板 TUMT6 UMT3 UMT5 UMT6 SMT3
FR4機板尺寸
(unit:mm)
15×20×0.8 20×12×0.8 20×15×0.8 15×20×0.8 20×12×0.8
Rth(j-a)/
Rth(ch-a)
313oC / W 625oC / W 1042oC / W 1042oC / W 625oC / W
備註 只有1元件的動作 只有1元件的動作 只有1元件的動作
封裝 SMT5 SMT6 TSMT3 TSMT5 TSMT6
安裝機板 SMT5 SMT6 TSMT3 TSMT5 TSMT6
FR4機板尺寸
(unit:mm)
20×15×0.8 20×15×0.8 30×15×0.8 20×15×0.8 20×15×0.8
Rth(j-a)/
Rth(ch-a)
625oC / W 625oC / W 250oC / W 250oC / W 250oC / W
備註 只有1元件的動作 只有1元件的動作 只有1元件的動作 只有1元件的動作
封裝 SOP8 MPT3 CPT3 SST3  
安裝機板 SOP8 MPT3 CPT3 SST3  
FR4機板尺寸
(unit:mm)
20×20×0.8 12×20×0.8 12×30×0.8 20×12×0.8  
Rth(j-a)/
Rth(ch-a)
160oC / W 250oC / W 125oC / W 625oC / W  
備註 只有1元件的動作  

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