热阻_北京盛德安科技有限公司

热阻

通常，芯片的结温(Junction Temperature)（Tj）每上升10℃，器件的寿命就会大约减为一半，故障率也会大约增大２倍。Si半导体在Tj超过了175℃时就有可能损坏。由此，使用时就必须极力降低Tj，以容许温度（通常80～100℃）为目标进行热量设计。但是，对于功率器件那样的高输出元件，要把Tj抑制在容许温度以下其实是比较困难的，所以通常以规格书里揭载的最高容许温度的80%为基准来设计Tj。另外、即使器件的封装相同，根据器件的芯片尺寸、引线框架的定位尺寸、实装电路板的规格等不同、热阻值也会发生变化，需要特别注意。

定义

半导体封装的热阻是指器件在消耗了１[Ｗ]功率时，用芯片和封装、周围环境之间的温度差按以下公式进行计算。

图1 封装的热阻

表1 用語说明
项目	解说
θja	结温 (Tj) 和周围温度 (Ta) 之间的热阻
ψjt	结温 (Tj) 和周围温度 (Tc1) 之间的热阻
θjc	结温 (Tj) 和封装外壳表面温度 (Tc2) 之间的热阻
θca	封装外壳温度 (Tc) 和周围温度 (Ta) 之间的热阻
Tj	结温
Ta	周围温度
Tc1	封装外壳表面（型号面）温度
Tc2	封装外壳背面温度
Pd	最大容许功率

结温 (Tj) 的验证方法 (ψjt已知)

用以下的方法可以估算结温 (Tj)

先求IC的功率(P)。
在实际组装时的环境条件下，用放射温度计或热电偶来测量封装表面温度 Tc1。
把测得的 Tc1 代入下式后，就可以算出了。

Tj = ψjt × P + Tc1

如之前讲述的、推荐以 Tj 的最高容许温度的80%为基准来进行热量设计。

注)本公司测定的 θja , ψｊt 是实装到以JEDEC规格为基准的电路板上时的数值，但是根据引脚类型的尺寸、电路板的材质和尺寸、电路板上的布线比率的不同，多少会有些变化，要特别注意。

热阻的测量方法

本公司热阻的测量方法是以[JEDEC规格]为基准，在以下表示。

[ 测量电路板 ]

下图是测量电路板的概略图。关于详细信息请查阅EIA/JEDEC规格EIA/JESD51-3/-5/-7。

图2 测量电路板概略图

[ 实装电路板 ]

EIA/JESD51-3/-5/-7基准、FR-4

[ 电路板尺寸 ]

2层114.3×76.2mm、厚度1.57mm
4层(内有铜箔)114.3×76.2mm、厚度1.6mm
注)4层电路板的里面使用有铜箔1,2(尺寸：74.2×74.2mm、厚度：35um)。

[ TEG芯片 ]

在本公司为了测量热阻，特别准备了叫Thermal Test-Element-Group（以下称热量TEG）的芯片。它是由电阻元件和二极管构成，电阻元件是作为发热元，二极管则是作为温度传感器使用。以下显示的是抽象图和等价电路图的一例。

热阻会根据芯片尺寸发生变动，所以在本公司有3种芯片尺寸。

图3 测量电路板概略图

[ K系数 ]

为了求热阻，就必须要知道结温，但是又不能直接测量结温。可是，利用结温和二极管順方向电压( VF )的温度依赖关系，可以得知结温。 VF 是温度的一次性函数，它的倾斜率称作K系数。

[ 测量环境 ]

测量时，为了排除外部风的影响，在亚克力箱中以无风的状态下进行的（图4）。另外，环境温度是用距离PKG中心以下25.4mm的热电偶来测量的。
图4 测量环境概略图

[ 测量电路 ] 测量电路图

图5 测量电路图

[ 测量时间 ]

在器件加热前，先测量让内部二极管以 IM 电流(1mA)流动时的 VF0 值。
然后给内部电阻以加热电压 VH 来加热一段时间，等稳定后再测量 IH 值。
这时候再测量内部二极管以 IM 电流流动时的 VFSS 值。

图6 测量电路图

注) VH 是在最大保存温度（Tstg-max）左右和前后各3点来设定的值。

[ 热阻计算 ]

根据表2可以算出 θja 和 ψjt 。

表2 热阻的计算公式

[ 最大容许功率Pd ]

IC在常温( 25°C以下)时的最大容许损失是用各IC的绝对最大定额消耗功率(Pd)来规定的。环境温度超过25°C时，就需变为对应各IC封装的热下降曲线(Derating Curve)。以下显示的是一般的热下降曲线。

图7 最大容许功率

标准热阻值一览

表3表示的是各封装的标准热阻值（无风状态）一览。

注意事项：表中的数值是标准值，会根据芯片尺寸、引线框架定位尺寸、电路板规格(材质、布线形式等)等的不同而改变。

表3 热阻值一览
PKG	2 层电路板				4 层电路板
	Tj:125°C			Tj:150°C	Tj:125°C			Tj:150°C
	θja	ψjt	Pd@Ta=25°C		θja	ψjt	Pd@Ta=25°C
	(°C/W)	(°C/W)	mW		(°C/W)	(°C/W)	mW
DMP8	235	47	425	530	175	40	570	710
DMP14	195	47	510	640	150	40	665	830
DMP16	195	47	510	640	150	40	665	830
DMP20	150	37	665	830	120	33	830	1040
SOP8 JEDEC(EMP8)	180	34	555	690	125	29	800	1000
SOP16 JEDEC(EMP16-E2)	110	21	905	1135	70	18	1425	1785
SOP8	165	26	605	755	110	23	905	1135
SOP14	125	21	800	1000	80	17	1250	1560
SOP22	120	18	830	1040	85	14	1175	1470
SOP28	155	37	645	805	125	33	800	1000
SOP40-K1	135	37	740	925	105	33	950	1190
SSOP8	270	42	370	460	210	36	475	595
SSOP8-A3	215	36	465	580	155	15	645	805
SSOP10	270	42	370	460	210	36	475	595
SSOP14	225	38	440	555	180	33	555	690
SSOP16	210	35	475	595	160	26	625	780
SSOP20	185	34	540	675	140	26	710	890
SSOP20-B2	200	34	500	625	150	26	665	830
SSOP20-C3	130	13	765	960	85	9	1175	1470
SSOP32	110	20	905	1135	70	14	1425	1785
SSOP44	110	20	905	1135	70	14	1425	1785
TSSOP54-N1	105	10	950	1190	75	9	1330	1665
HSOP82)	160	28	625	780	50	12	2000	2500
HTSSOP24-P12)	115	14	865	1085	45	7	2220	2775
MSOP8(TVSP8)	215	27	465	580	160	23	625	780
MSOP10(TVSP10)	215	27	465	580	160	23	625	780
MSOP8(VSP8)	210	33	475	595	155	25	645	805
MSOP10(VSP10)	210	33	475	595	155	25	645	805
SC-88A	355	89	280	350	260	73	380	480
SC-82AB	365	89	270	340	255	72	390	490
SOT-23-5	260	70	380	480	195	60	510	640
SOT-23-6	245	70	405	510	175	60	570	710
SOT-89-31)2)	200	67	500	625	130	65	765	960
QFP32-J2	115	17	865	1085	90	15	1110	1385
QFP44-A1	95	17	1050	1315	75	15	1330	1665
QFP48-P1	65	17	1535	1920	50	15	2000	2500
LQFP48-R3	75	9	1330	1665	45	5	2220	2775
LQFP52-H2	85	11	1175	1470	65	11	1535	1920
QFP56-A1	105	17	950	1190	80	15	1250	1560
QFP64-H1	70	17	1425	1785	50	15	2000	2500
LQFP64-H2	65	6	1535	1920	50	5	2000	2500
QFP100-U1	55	5	1815	2270	45	5	2220	2775
TO-252-31)2)	105	17	950	1190	40	12	2500	3125
PLCC28	55	10	1815	2270	35	7	2855	3570
EPFFP6-A22)	370	59	270	335	220	53	450	565
EPFFP10-C42)	295	64	335	420	160	55	625	780
PCSP12-C3	240	40	415	520	140	33	710	890
PCSP20-CC	225	40	440	555	140	33	710	890
PCSP20-E3	225	40	440	555	130	33	765	960
PCSP24-ED	205	40	485	605	115	26	865	1085
PCSP32-F7	225	24	440	555	115	17	865	1085
PCSP32-G32)	205	24	485	605	115	17	865	1085
PCSP32-GD2)	205	24	485	605	115	17	865	1085
EPCSP32-L22)	210	29	475	595	95	16	1050	1315
DFN6-J1 (SON6-J1)	345	88	285	360	260	69	380	480
DFN4-F1 (ESON4-F1)2)	300	52	330	415	110	27	905	1135
DFN6-H1 (ESON6-H1)2)	280	42	355	445	110	26	905	1135
DFN8-U1 (ESON8-U1)2)	280	43	355	440	110	26	905	1135
DFN8-V1 (ESON8-V1)2)	215	16	465	580	70	8	1425	1785
DFN8-W2 (ESON8-W2)2)	195	21	510	640	60	8	1665	2080
QFN24-T1/T2	150	22	665	830	75	15	1330	1665
EQFN12-E22)	285	52	350	435	105	27	950	1190
EQFN12-E42)	285	52	350	435	105	27	950	1190
EQFN14-D72)	295	53	335	420	95	26	1050	1315
EQFN16-G22)	255	43	390	490	100	26	1000	1250
EQFN12-JE2)	215	22	465	580	80	10	1250	1560
EQFN16-JE2)	180	21	555	690	70	11	1425	1785
EQFN18-E72)	220	33	450	565	90	22	1110	1385
EQFN26-HH2)	160	15	625	780	60	7	1665	2080
EQFN24-LK2)	145	13	685	860	65	8	1535	1920