半導(dǎo)體器件數(shù)據(jù)手冊(cè)中的“熱特性”部分包含了該器件在不同參考點(diǎn)和工作條件下的熱特性信息。因此，設(shè)計(jì)人員需了解各個(gè)參數(shù)的含義，確保電路安全可靠地工作，特別是有些器件制造商還會(huì)對(duì)這些參數(shù)做出不同的規(guī)定。本文主要介紹Nexperia在數(shù)據(jù)手冊(cè)中如何定義熱參數(shù)。

更深入地了解熱阻

熱阻Rth是一個(gè)穩(wěn)態(tài)參數(shù)，表示在直流條件下耗散一定功率時(shí)器件產(chǎn)生的熱量，單位為開(kāi)爾文/瓦或攝氏度/瓦。因?yàn)闊嶙杳枋龅氖菧夭?，所以兩種單位是一樣的。下標(biāo)j-x表示從結(jié)到參考點(diǎn)的溫差，即圖1中典型夾片粘合封裝器件橫截面的主要熱流通道。
 

Nexperia用兩個(gè)不同的熱阻參數(shù)來(lái)描述其器件的熱特性。第一個(gè)參數(shù)是從器件的結(jié)到周圍環(huán)境(j-a)的溫差，第二個(gè)參數(shù)是從結(jié)到陰極的焊點(diǎn)(j-sp)的溫差（圖1）。

圖中還顯示了從結(jié)到外殼頂部的次要熱通道，在考慮帶頂部散熱封裝（如CCPAK12）時(shí)也應(yīng)考慮該通道。另一方面，PCB上表面貼裝器件(SMD)的主要熱通道位于結(jié)到焊點(diǎn)之間。因此，根據(jù)Rth(j-a)比較來(lái)自不同供應(yīng)商的封裝時(shí)，應(yīng)同時(shí)考慮PCB類型和管腳尺寸等參數(shù)，這些參數(shù)也會(huì)對(duì)Rth(j-a)產(chǎn)生重大影響。為了便于說(shuō)明，表1顯示了Nexperia的PMEG45T20EXD-Q 45 V、2 A Trench肖特基勢(shì)壘整流二極管在直流條件下的熱特性。
Rth(j-sp)表征了從結(jié)通過(guò)引腳框架到陰極焊盤片上焊點(diǎn)的熱傳輸。因此，它不受所選PCB類型或管腳尺寸的影響，無(wú)需說(shuō)明貼裝位置。
 

防止熱失控

圖2為使用紅外攝像機(jī)捕獲的兩張PMEG45T20EXD二極管熱成像，其連續(xù)功耗為1.07 W。一張為標(biāo)準(zhǔn)封裝，另一張使用了1 cm2散熱片。散熱片的優(yōu)勢(shì)顯而易見(jiàn)。熱平衡期間溫差超過(guò)30℃。請(qǐng)注意，紅外攝像機(jī)僅捕獲頂部溫度，因此實(shí)際結(jié)溫會(huì)高于所示值。

當(dāng)二極管內(nèi)因漏電流而產(chǎn)生的反向功率損耗超過(guò)封裝可以耗散的熱量時(shí)，二極管就會(huì)失效，這種現(xiàn)象被稱為“熱失控”。為避免發(fā)生這種情況，功耗應(yīng)遵循以下公式：

動(dòng)態(tài)熱特性

熱阻Rth描述的是穩(wěn)態(tài)特性，熱阻抗Zth則用于表示器件的動(dòng)態(tài)熱特性。圖3為PMEG45T20EXD-Q的相關(guān)圖像。Zth(j-x)是一個(gè)動(dòng)態(tài)參數(shù)，在圖中與不同占空比的脈沖持續(xù)時(shí)間構(gòu)成函數(shù)關(guān)系。占空比0表示單脈沖操作，占空比1表示直流操作。 
 

該圖顯示，器件在小占空比或短脈沖下可以承受更大的功耗，以下等式描述了指定功耗下結(jié)溫的升高情況，其中Pdiss為二極管消耗的功率：

Zth(j-x)表示器件如何響應(yīng)瞬態(tài)熱事件，并在長(zhǎng)脈沖下收斂至熱阻Rth。在穩(wěn)態(tài)條件下，上式為：

總結(jié)

熱阻是半導(dǎo)體制造商常在其器件數(shù)據(jù)手冊(cè)的“熱特性”部分中使用的參數(shù)。本文說(shuō)明了Nexperia如何提供有關(guān)該參數(shù)的更多詳細(xì)信息，以幫助設(shè)計(jì)人員在電路中實(shí)現(xiàn)更出色的熱性能。更多詳細(xì)信息，請(qǐng)關(guān)注中芯巨能網(wǎng)站：www.iuzn.cn