1. Startseite>
  2. Grundlagen der Elektrotechnik>
  3. Berechnung der Transistor-Chip-Temperatur

Berechnung der Transistor-Chip-Temperatur

Berechnung der Sperrschichttemperatur (basierend auf der Umgebungstemperatur)

Die Sperrschichttemperatur (oder Kanaltemperatur) kann basierend auf der Umgebungstemperatur berechnet werden

*Rth(j-a) : Der Wärmewiderstand der „Sperrschicht-zu-Umgebung" variiert abhängig von den Leiterplattentypen. Zu Referenzzwecken bieten wir auch eine Tabelle des Wärmewiderstands nach Modul" an, basierend auf der separaten Nutzung unserer standardmäßigen Leiterplatte.
Der Rth(j-a)-Wert weicht für jede Teilenummer ab, die Werte sind jedoch nahe beieinander, wenn das Modul dasselbe ist.
**Wenn der Stromverbrauch nicht stabil ist und sich verändert, sind die durchschnittlichen Werte für den Verbrauchsstrom in der Berechnungsformel zuzuteilen, um den etwaigen Wert zu erhalten. (Siehe die Informationen zur "Methode zur Bewertung, ob nutzbar oder nicht" , die separat zur Verfügung gestellt werden

Als Beispiel führen wir nachstehend die Zusammenhänge zwischen dem Stromverbrauch und der Sperrschichttemperatur auf, bei Rth (j-a) = 250 Grad/W, beläuft sich die Umgebungstemperatur auf 25 Grad

Die Sperrschichttemperatur steigt proportional zum Stromverbrauch. Die Proportionalitätskonstante hier ist Rth(j-a).
Da Rth(j-a) 250 Grad/W ist, steigt diese Sperrschichttemperatur um 25 Grad für jeden Schritt von 0,1 W des Stromverbrauchs. Dies bedeutet, dass die Sperrschichttemperatur 150 Grad
annimmt, wenn der Stromverbrauch 0,5 W beträgt, und die Grafik deutet in diesem Fall darauf hin, dass der Strom über 0,5 W hinaus nicht auf TR angewendet werden kann.

Dies bedeutet, dass selbst bei Anwendung desselben Stroms die Sperrschichttemperatur parallel zur Umgebungstemperatur ansteigt und dies den anwendbaren Strom infolgedessen reduziert.
Der maximale Stromverbrauch wird nicht nur vom thermischen Widerstand sondern auch von der Umgebungstemperatur beeinflusst.


Die maximale Stromzufuhr nimmt im vorstehend genannten Verhältnis ab.

Die Derating-Kurve zeigt das Verhältnis der Stromabnahme als Prozentwert an; wir können diesen Prozentwert auf alle Module anwenden. Beispielsweise beläuft sich die maximal anwendbare Energie bei einem MPT3 Modul (SOT89) auf 0,5 W bei 25 Grad, und der anwendbare Strom wird mit 0,8 %/Grad reduziert. Dies bedeutet, dass der Wert auf 0,4 W sinkt, was 80 % von 100 % des Anfangswerts (20 % Abnahme) ausmachen und ferner einen Abfall auf 0,2 W darstellt, was 40 % (60 % Abfall) entspricht.

Transienter Wärmewiderstand

Mit diesen vorgenannten Beispielen haben wir die Fälle dargestellt, in denen der Strom kontinuierlich auf das Gerät angewendet wird.
Als nächstes werden wir den Fall besprechen, in dem die Temperatur durch die momentane Stromanwendung ansteigt.

Die vorstehende Grafik zeigt den Wärmewiderstand zum momentanen Zeitpunkt (transienter Wärmewiderstand), wobei die Impulsbreite auf der X-Achse und Rth(j-a) auf der Y-Achse dargestellt wird.
Diese Grafik zeigt, dass die Sperrschichttemperatur stieg, wenn die Zeit der Stromanwendung länger dauerte, und nach 200 Sekunden ein Plateau erreichte (das thermische Sättigung genannt wird).

 

Wir können diese Kalkulationsformel anwenden, um die Sperrschichttemperatur zu erhalten, wenn der Strom momentan als einzelner Impuls angewendet wird.

Berechnungsmethode für die Sperrschichttemperatur (von der Gehäusetemperatur)

Die Sperrschichttemperatur kann anhand der Gehäusetemperatur wie nachstehend beschrieben berechnet werden, d.h. wir weisen Rth(j-c) in der Formel an der Stelle zu, an der vormals Rth(j-a) stand.

n.b.

* Die Gehäusetemperatur wird vom Strahlungsthermometer als maximale Temperatur auf der Oberfläche des Moduls gemessen, an der Stelle, an der sich die Markierung befindet.
Bitte beachten Sie, dass die Gehäusetemperatur erheblich nach Messmethode/Punkt abweicht.

** Der Wert gilt als ungefährer Wert, wenn der angewandte Strom nicht konstant ist, und verändert sich zeitweise, indem die durchschnittliche Stromverbrauchszahl zugewiesen wird.

Da der Wert Rth(j-c) jedoch abhängig von den Typen an Leiterplatten und auch von den Bedingungen der Wärmeableitung, einschließlich Status der Verlötung, variiert, kann es unter Umständen nicht in Ordnung sein, die vorstehende Formel direkt auf Ihre Kalkulation anzuwenden, da die gemessenen Werte auf unserer Leiterplatte unter Umständen nicht dasselbe auf Ihrer Leiterplatte bedeuten. Beispielsweise kann die Gehäusetemperatur im Vergleich niedriger gemessen werden, selbst wenn der angewendete Strom derselbe ist, wenn die Leiterplatte gute Wärmeableitungseigenschaften aufweist.
Die nachstehende Illustration zeigt, dass Rth(j-c) niedriger wird, wenn das Lötaugenmuster des Kollektors auf der Leiterplatte kleiner wird. (Lötaugenbereich des Kollektors / Dicke / Materialien plus Material der Leiterplatte, Größe Schaltkreis-Breite ergeben auch unterschiedliche Messergebnisse auf Rth(j-c).

Daher kann der Wert Rth(j-c) abhängig von den natürlichen Bedingungen & der Leiterplatte abweichen und ferner ist es schwierig, die richtige Stelle für die präzise Messung der Gehäusetemperatur zu finden. Aus diesem Grund ist es nicht empfehlenswert, die Sperrschichttemperatur basierend auf der Gehäusetemperatur zu schätzen.

Wärmewiderstand Sperrschicht-zu-Gehäuse Rth(j-c) - Einzelheiten

Grundsätzlich handelt es sich beim Wärmewiderstand Sperrschicht-zu-Gehäuse Rth(j-c) um einen Index, der für gepackte Geräte der Serie TO220 (Durchgangsbohrung) verwendet wird, indem er auf den Kühlkörper gelötet wird. Da es sich in diesem Fall bei der Strecke Gehäuse-Kühlkörper um den Pfad der Wärmestrahlung handelt, ist es möglich, die Sperrschichttemperatur präzise zu berechnen, indem die Gehäusetemperatur am Mittelpunkt eines solchen Pfades gemessen wird. Insbesondere wenn ein Kühlkörper, der eine ideale Wärmeableitungsleistung aufweist, verwendet werden soll (z.B. unbegrenzter Kühlkörper), gilt die Kapazität der Wärmeableitung als unbegrenzt, und es wird als selbstverständlich angesehen, dass die Gehäusetemperatur der Umgebungstemperatur entspricht. Die Gehäusetemperatur = 25 Grad (Tc = 25 Grad) wird in der Kalkulationsformel bereitgestellt (Wärmewiderstand des unbegrenzten Kühlkörpers: Rth(c-a) = ; dann Rth(j-a) = Rth(j-c))

Bei oberflächenmontierten Geräten ist der Pfad der Wärmestrahlung jedoch hauptsächlich der Teil der Leiterplatte direkt unter dem Gerät; daher ist es ziemlich schwierig, die Gehäusetemperatur an solch einer Stelle zu messen. Selbst wenn die Temperatur auf der Markierungsseite des Geräts gemessen wird, ist ihr Anteil der Wärmeableitung an der gesamten Wärmeableitung eher gering. Aus diesem Grund ist es nicht ratsam, die Temperatur an einer solchen Stelle in der Formel zu verwenden, um die Sperrschichttemperatur zu berechnen.

Da es zahlreiche Anfragen von Seiten der Kunden hinsichtlich des Rth(j-c)-Werts für SMT-Geräte gibt, bietet ROHM in einigen Fällen den Rth(j-c)-Wert unter der Voraussetzung, dass die Temperatur auf der Markierungsseite des Geräts gemessen wird, das auf der vorstehend genannten standardmäßigen Leiterplatte montiert wird. Daher sollte der Rth(j-c)-Wert zu Referenzzwecken berücksichtigt werden, wenn dieser wie beschrieben von den spezifisch angepassten Bedingungen erhalten wird.
Wenn das Gerät auf einer Leiterplatte montiert wird, die von der unseren abweicht, weicht der Anteil der Wärmeableitung an der gesamten Wärmeableitung ab, sodass es unmöglich ist, die Sperrschichttemperatur auf angemessene Weise zu bestimmen.

Wärmewiderstand von Standardmodulen (Referenzdaten)

Bei den Werten in den folgenden Daten handelt es sich weder um garantierte Werte, noch um maximale/minimale Werte. Bitte behandeln Sie diese nur als Referenzdaten.

n.b.

  • Die hier aufgeführten Daten stammen aus den Messergebnissen einer spezifischen Produktionscharge.
  • Rth ( j-a) variiert stark, abhängig von der Leiterplatte, den Bedingungen der Wärmeableitung einschließlich Lötverfahren, und den Methoden der Temperaturmessung.
Modul VMT3 EMT3 EMT5 EMT6 TUMT3
Leiterplatte VMT3 EMT3 EMT5 EMT6 TUMT3
FR4 Maße
(Einheit: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)
833 ºC/W 833 ºC/W 1042 ºC/W 1042 ºC/W 313 ºC/W
Hinweis Beim Fahren der 1-Form Beim Fahren der 1-Form
Modul TUMT6 UMT3 UMT5 UMT6 SMT3
Leiterplatte TUMT6 UMT3 UMT5 UMT6 SMT3
FR4 Maße
(Einheit: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)
313 ºC/W 625 ºC/W 1042 ºC/W 1042 ºC/W 625 ºC/W
Hinweis Beim Fahren der 1-Form Beim Fahren der 1-Form Beim Fahren der 1-Form
Modul SMT5 SMT6 TSMT3 TSMT5 TSMT6
Leiterplatte SMT5 SMT6 TSMT3 TSMT5 TSMT6
FR4 Maße
(Einheit: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)
625 ºC/W 625 ºC/W 250 ºC/W 250 ºC/W 250 ºC/W
Hinweis Beim Fahren der 1-Form Beim Fahren der 1-Form Beim Fahren der 1-Form Beim Fahren der 1-Form
Modul SOP8 MPT3 CPT3 SST3
Leiterplatte SOP8 MPT3 CPT3 SST3  
FR4 Maße
(Einheit:mm)
20×20×0,8 12×20×0,8 12×30×0,8 20×12×0,8  
Rth(j-a)/
Rth(ch-a)
160 ºC/W 250 ºC/W 125 ºC/W 625 ºC/W  
Hinweis Beim Fahren der 1-Form