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楼主

kk的回忆|

楼主 | 2025-1-15 20:13 | 只看该作者 |只看大图回帖奖励

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器件, 半导体器件, 半导体, 热阻

#申请原创#
@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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