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@21小跑堂
在评估半导体器件温升的时候,会使用热阻的参数。器件junction产生的热量会通过下方示意图的路径一步一步散热到空气中。
这个时候需要查阅器件的规格书,下意识的会认为Rjc(junction到case的热阻)是要比Rja(junction到ambient的热阻),毕竟热从junction传递到封装表面更加容易,随后才从封装表面传递到周围的空气中。
比如知道器件的功率损耗Pdiss=1W,环境温度45度情况下,当Rja=40℃/W,就可以大概估算出器件的junction温度是Tj=Tambient+Pdiss*Rja=85度。
在知道Rjc=30℃/W,使用温度采集仪或红外成像仪测试器件表面的温度Tc=50度,也可以估算器件的junction温度是Tj=Tcase+Pdiss*Rjc=80度
两种方法都可以作为评估器件的温升特性是否满足要求的依据。
随后在TI的MOS-CSD19534的规格书总得到了初步验证,确实Rjc是要远远小于Rja的。
但是随后做进一步的调查的时候,发现同步整流的电源芯片,其内部是集成了开关MOS的,但Rjc是要大于Rja的。这种同步整流的电源芯片在工作过程中,内部的主要发热源就是集成的开关MOS,照理说应该和单独的MOS表现一样的特性了?
然后翻阅其他的同步整流电源芯片TPS54360,也是一样的结果:Rjc是要大于Rja
但是仔细查看电源芯片的规格书,可以发现,由两个Rjc的热阻值,一个是到top的Rjc-top,一般芯片的封装材料分为金属封装、陶瓷封装和塑料封装,常见的是塑料封装。所以芯片的散热到top的能力就很弱,甚至都比不上直接散热到空气中。另一个热阻是到bottom的Rjc-bot,由于芯片底部一般是大面积的散热金属焊盘,焊接到PCB上,散热能力很强。所以两份规格书中,基本Rjc-bot是Rjc-top的十分之一以上;
那么在实际测试温升的时候,使用数据采集仪检测芯片温度,都是把点温线放置在芯片的top case的塑料上,毕竟芯片的bottom已经焊接到电路板,无法再放置点温线。然后将芯片运行4小时左右,等待芯片运行温度稳定后,得到top case的最大温度。
随后使用Rjc-top*Pdiss+Tcase-top,就可以大致得到芯片的junction温度
在工程应用中,不使用Rja的原因,是因为器件周围的环境空气温度收到对流,散热风扇等影响,温度很难长时间保持恒定不变。
而使用Rjc-top进行分析,一方面是比较利于测量,另一方面是芯片面积小,受到周围影响小,通过点温线测量,能得到较为准确的数据,从而通过数学方法较为准确的推算出器件的结温。
既然芯片的Rjc由top和bottom之分,那么上文提到的MOS管如果也是塑封的,那么是不是Rjc较小的值,指的是到bottom case的热阻呢?
查找了infineon的MOS规格书,也没有专门标准Rjc是到top的还是到bottom
最后查找了Nexperia,做出了描述,Rjc是指的从junction到安装表面的热阻,安装表面那不就是bottom吗,所以才很小,Rjc=2.36K/W。
至此,通过不同的器件,不同规格书的对比,大致可以得出一些结论,半导体器件的塑料封装,top case散热能力是比较弱的,散热的主要通道还是bottom case。
所以在工程应用中,如果使用Rjc的参数,尤其是测量MOS的时候,还是以TI的CSD19534举例说明,Rjc=2℃/W,测量Top case温度80度,功耗Pdiss=1.2W,此时会得到Tjunction=80+2*1.2=82.4, 会不会觉得计算的完全合理,MOS选型也没有问题。
但实际的问题是,这个Rjc=2℃/W是Rjc-bottom,而测量的是Top case温度,可是规格书中也没有给出Rjc-top的参数,就觉得这个没有办法分析。最好只能退而求其次,使用Rja的参数计算了。
后续也和TI的FAE做了交流,他们确实反馈规格书中是Rjc-bottom,如果需要知道Rjc-top的参数,可以单独发邮件获取。但是在由了Rjc-top后,也不能直接应用Tj=Tcase+Pdiss*Rjc-top
这是因为器件散热主要是通过bottom散热,只有少部分通过top散热,这个功耗就需要进行折算,使用Rjc-top计算结温,那么Pdiss就要乘以10%-15%左右的系数。
修改后的计算方法,Tj=Tcase+(10%-15%)Pdiss*Rjc-top,具体是多少系数,具体case可以和TI详细讨论。
所以大家在使用规格书的相关参数的时候,需要选择应用条件。
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