欢迎光临专业集成电路测试网~~欢迎加入IC测试QQ群:111938408

专业IC测试网

当前位置: 网站主页 > 测试工程 >

关于MOSFET 老化测试中的结温计算

时间:2022-07-23 13:14来源:www.ictest8.com 作者:ictest8 点击:

计算IC的散热要求。设计人员必须考虑两种不同的情况:最坏情况和真实情况。建议采用针对最坏情况的计算结果,因为这个结果提供更大的安全余量,能确保系统不会失效。在MOS管的资料表上还有一些需要注意的测量数据,比如封装器件的半导体结与环境之间的热阻,以及最大的结温。

器件的结温等于最大环境温度加上热阻与功率耗散的乘积

即结温=最大环境温度+(热阻×功率耗散)。根据这个方程可解出系统的

最大功率耗散=I的平方×RDS(on)。

由于设计人员已确定将要通过器件的最大电流,因此可以计算出不同温度下的RDS(ON)。值得注意的是,在处理简单热模型时,设计人员还必须考虑半导体结/器件外壳及外壳/环境的热容量;即要求印刷电路板和封装不会立即升温。

雪崩击穿(指半导体器件上的反向电压超过最大值,并形成强电场使器件内电流增加)形成的电流将耗散功率,使器件温度升高,而且有可能损坏器件。半导体公司都会对器件进行雪崩测试,计算其雪崩电压,或对器件的稳健性进行测试。

计算额定雪崩电压有两种方法;一是统计法,另一是热计算。而热计算因为较为实用而得到广泛采用。除计算外,技术对雪崩效应也有很大影响。例如,晶片尺寸的增加会提高抗雪崩能力,最终提高器件的稳健性。对最终用户而言,这意味着要在系统中采用更大的封装件。

图片

 

结点温度的计算方法1:根据周围温度(基本)

结点温度(或通道温度)可根据周围温度和功耗计算。根据热电阻的思考方法,

图片

*Rth(j-a):结点-环境间的热电阻根据贴装的电路板的不同而不同。

向敝公司标准的电路板上贴装时的值表示为 "代表性封装的电阻值" 。

Rth(j-a)的值根据各个晶体管的不同而不同,但如果封装相同,可以认为该值几乎是很接近的值。

**功耗不固定,时间变化时按照平均功耗近似计算。
(平均功耗的求法请参照 "晶体管可否使用的判定方法" )

下图显示了Rth(j-a)是250ºC/W、周围温度是25ºC时的功耗和结点温度的关系。

图片

结点温度和功耗成比例上升。这时的比例常数是Rth(j-a)。Rth(j-a)是250ºC/W,
所以功耗每上升0.1W结点温度上升25ºC。
功耗是0.5W时结点温度是150ºC,所以这个例子中功耗不能超过0.5W。

另外,Rth(j-a)同样是250ºC/W,要考虑周围温度的变化。

图片

即,即使施加相同的功率,周围温度上升时结点温度也相应上升,所以能够施加的功率变小。
不仅热电阻,周围温度也会影响最大功耗。周围温度150°C时能够施加的功率为零,所以

100% ÷ (150°C-25°C)=0.8%/°C

可以得知上述比例下的最大功耗变小。

下面的功率降低曲线表示出了该关系。

图片

功率降低曲线的降低率是用百分比表示的,所以可适用于所有封装。
例如,MPT3封装25ºC时的最大施加功率是0.5W,0.8%/ºC的比例下可施加的功率变小,
50ºC时变为原来的80%(降低20%)即0.4W,100ºC时变为原来的40%(降低60%)即0.2W。

结点温度的计算方法2:根据周围温度(瞬态热阻)

在 "1. 根据周边温度(基本)" 中,考虑了连续施加功率时的例子。
接着,考虑由于瞬间施加功率引起的温度上升。
由于瞬间施加功率引起的温度上升用瞬态热阻计算。

图片

该图表表示瞬态性的热电阻(瞬态热阻)。横轴是脉冲幅度,纵轴是热阻Rth(j-a)。
根据该图可知,随着施加时间变长结点温度上升,约200秒后热饱和并达到一定温度。

例如,施加时间为30ms时Rth(j-a)是20ºC/W,所以如果在周围温度25ºC下30ms施加3W功率,可知结点温度是:

Tj=Ta+Rth(j-a)×P
 =25°C+(20°C/W)×3W
 =85°C

一次施加瞬间功率时,可通过该算式求得结点温度。

结点温度的计算方法3:根据管壳温度

可根据管壳温度求出结点温度。

计算方法1或者2中介绍的,用结点-管壳间的热电阻代替结点-环境间热电阻:Rth(j-c)的计算方法。如下。

图片

*罗姆用放射温度计测量标记面最高温点的温度。请注意,测量方法不同测量温度会有很大变化。

**功耗不固定,时间变化时按照平均功耗近似计算。

不过,特别是Rth(j-c)的值会根据贴装的电路板和焊接等的散热条件有很大变化,所以请注意,在敝公司标准电路板上的测量值很多时候不适合客户的电路板。
作为例子,显示了随着电路板集电极land面积的变大Rth(j-c)变小的示例。(除了集电极land的面积、厚度、材质,电路板的材质、大小、布线尺寸等也会引起变化。)

例如,施加时间为30ms时,因为Rth(j-a)是20ºC/W,所以如果在周围温度25ºC下施加30ms 3W的功率,结点温度是

图片

这样,Rth(j-c)的值容易根据电路板条件发生变化,而且正确的管壳温度测量又很难,所以作为推定结点温度的方法,不怎么推荐。

关于结点-管壳间热电阻Rth(j-c)

结点-管壳间热电阻Rth(j-c)本来是将TO220封装等的自立型器件固定在散热板上使用的情况下使用的值。在这种情况下,管壳-散热板之间是主要的散热路径,所以通过测量该路径中的管壳温度可正确地求得结点温度。尤其,在假设使用具有理想散热性的散热板(无限大散热板)的情况下,有时会在认为散热能力无限大,且管壳温度=大气温度,(显示Tc=25ºC等)管壳温度=25ºC的条件下计算。(无限大散热板的热电阻:因为Rth(c-a)=0,所以Rth(j-a)=Rth(j-c)。)

图片

可是,对于面贴装型器件,从器件下面的电路板散热是主要的散热路径,所以测量这部分的管壳温度比较困难。
由于和总体散热量相比标记面的散热比例很小,所以即使测量器件标记面的温度,也不适于作为推定结点温度的值。

图片

关于面贴装产品,由于大多都要求知道Rth(j-c)的值,所以有时会贴装在敝公司的标准电路板上测量标记面温度来提供Rth(j-c)的值。此时的Rth(j-c)是贴装在敝公司标准电路板上这一特别条件下的值。在贴装于和敝公司标准电路板不同的电路板时,由于从标记面的散热比例会发生变化,所以Rth(j-c)的值变化,无法推定结点温度。

代表性封装的电阻值

  • 本数据是在测量特定LOT的基础上制作的。因此,请作为参考值灵活使用本数据。
    (不是保证值和最大、最小值。)

  • Rth(j-a)会根据贴装电路板和焊接决定的散热条件与温度测量方法有很大变化,
    所以请作为参考值灵活使用。

顶一下
(0)
0%
踩一下
(0)
0%
------分隔线----------------------------
发表评论
请自觉遵守互联网相关的政策法规,严禁发布色情、暴力、反动的言论。
评价:
用户名: 验证码: 点击我更换图片