用于估算TJ的热阻数据：θJA和ΨJT的解析

发布时间：2022-03-17

来源：罗姆半导体社区 (https://rohm.eefocus.com)

分享到：

本文的主要要点

考虑到近年来电子设备中半导体元器件的实际安装条件，一般认为通过θJA进行热设计是相当具有挑战性的。近期，我们也面临着统一TA定义的困境，需要单独进行定义。在高密度半导体器件安装的设备中，很难实际测量到TA的数值。因此，近年来，使用比较容易测量的TT和ΨJT来估算TJ已经成为主流方法。

关于θJA和ΨJT

下表总结了上一篇提到的与θJA和ΨJT相关的关键内容。θJA代表了从器件结点到周围环境之间的热阻，其存在多条散热路径。而ΨJT则表示了从器件结点到封装上表面中心的热特性参数。计算ΨJT的公式中包含了封装顶面中心的温度值TT。

符号	定义	用途	计算公式
θJA	结点与周围环境间的热阻。	形状不同的封装之间的散热性能比较。	θJA＝(TJ－TA) / P
ΨJT	表示相对于器件整体的功耗P的、结点与封装上表面中心之间的温度差的热特性参数。	估算在实际应用产品（实际散热环境）中的结温。	ΨJT＝(TJーTT) / P

鉴于近年来电子设备中半导体元器件的实际安装条件，一般认为使用θJA进行热设计较为困难。最近难以统一TA的定义，需要单独定义。在半导体器件安装密度很高的设备中，很难实际测量TA。目前，根据较容易测量的TT和ΨJT来估算TJ已成为主流方法。

下表总结了上一篇中提到的θJA和ΨJT的关键内容。θJA表示节点到周围环境之间的热阻，存在多条散热路径。ΨJT表示节点到封装表面中心的热特性参数。ΨJT的计算公式中使用的TT是封装顶部中心的温度。

建议在表格中使用θJA的目的是比较不同形状封装之间的散热性能，而使用ΨJT的目的是估算实际应用产品的结温。接下来我们思考一下这些建议的原因。

关于θJA，有一个讨论是“θJA是否适用于热设计？”从结论来看，使用θJA进行热设计存在一些困难。其主要原因如下：

TA的温度是什么温度？最终需要通过估算TJ的温度来进行判断。在使用θJA计算TJ时，需要环境温度TA。 TA的温度是由JEDEC标准定义的。以下是用于参考的JEDEC标准：
- JESD51-2A 集成电路热测试方法环境条件-自然对流（静止空气） TA通常是在JEDEC指定的位置进行测量，但某些制造商可能会单独提出TA的测量条件。此外，JEDEC标准是在假设没有热影响的空间中定义TA的，但近年来设备的安装情况变得越来越复杂，是否存在没有热影响的空间的讨论也随之出现。
高密度安装趋势正如前面提到的，由于安装密度越来越高，IC和其他发热器件拥挤在电路板上。很容易想象，在现实情况下，与目标器件相邻的IC等器件的热干扰会导致温度上升，因此很难确定认为是TA位置的温度是否真正是TA的温度。

表格中的建议用途是：

对于θJA：“比较不同封装形状之间的散热性能。”
对于ΨJT：“估算在实际应用产品中的结温。”

下面我们来思考一下这些建议的原因。

关于θJA：

在热设计中，有一个讨论：“θJA能否应用于热设计？”根据结论，使用θJA进行热设计是具有挑战性的。以下是其主要原因：

TA的温度是哪里的温度？

最终需要通过估算TJ的温度来进行判断。在使用θJA计算TJ时，需要考虑环境温度TA。

TA的温度是由JEDEC标准定义的。以下是参考的JEDEC标准：

JESD51-2A 综合电路器件热测试方法——自然对流环境条件（静止空气）

TA通常在JEDEC规定的位置进行测量，但某些制造商可能会单独指定TA的测量条件。

此外，JEDEC标准在假设没有热源影响的情况下定义了TA，但近年来，由于设备安装情况日益复杂，是否存在无热源影响的空间的问题引起了讨论。

高密度安装趋势

正如前面提到的，由于安装密度越来越高，集成电路和其他发热器件密集堆叠在电路板上。可以想象，由于与目标器件相邻的IC等器件的热干扰，温度会升高，因此很难确定被认为是TA位置的温度是否真正是TA的温度。

关于θJA，它随有效散热范围的变化而变化。

对于表面贴装型封装的集成电路（IC），其技术规格书中会提供用于散热的铜箔面积、电路板的材料和厚度等条件。因此，可以反过来说“θJA根据实际安装条件而变化”。右图显示了θJA与IC贴装区域的表面铜箔面积之间的关系数据示例。从图中可以明显看出，随着铜箔面积的增加，θJA减小，但θJA的变化并非线性的。如果没有提供这样的图表，根据实际电路板的相应面积来估算θJA是相当困难的。不幸的是，并不是每个制造商都会提供这样的图表。

基于这些情况，尤其是在近年来的实际情况下，通常认为使用θJA进行热设计是具有挑战性的。近年来，一种逐渐流行的方法是通过实际测量目标产品封装顶部中心的温度TT，并使用ΨJT来估算TJ。

关于ΨJT：

ΨJT表示与整个器件功耗P相关的结点与封装顶部中心之间的温度差的热特性参数。下图示意了TJ和TT的关系。由于TT代表封装顶部中心的温度，因此可以通过使用热电偶等方法在实际设备的工作状态下进行测量。

只要能够获得TT的数据，就可以通过对前面给出的ΨJT公式进行变换来计算TJ。

ΨJT = (TJ - TT) / P ⇒ TJ = TT + ΨJT × P

“ΨJT × P”表示TJ和TT之间的温度的差异，与整个器件的功耗成正比。因此，通过测量TT并使用ΨJT，可以估算在实际应用产品中的结温TJ。

总结起来，建议使用θJA来比较不同封装形状之间的散热性能，但需要注意实际安装条件和环境温度的影响。对于估算实际应用产品中的结温TJ，建议使用ΨJT，并测量封装顶部中心的温度TT。这样可以更准确地评估封装的热性能和温度管理。