Temperatura złącza

Temperatura złącza , skrót od temperatury złącza tranzystora , to najwyższa temperatura robocza rzeczywistego półprzewodnika w urządzeniu elektronicznym. Podczas pracy jest wyższa niż temperatura obudowy i temperatura zewnętrznej części. Różnica jest równa ilości ciepła przenoszonej ze złącza do obudowy pomnożonej przez opór cieplny złącza do obudowy .

Efekty mikroskopowe

Różne właściwości fizyczne materiałów półprzewodnikowych zależą od temperatury. Obejmują one szybkość dyfuzji domieszkujących , ruchliwość nośników i produkcję termiczną nośników ładunku . Na najniższym poziomie szum diody czujnika można zredukować przez chłodzenie kriogeniczne. Na wyższym poziomie wynikający z tego wzrost lokalnego rozpraszania mocy może prowadzić do niestabilności termicznej , która może spowodować przejściową lub trwałą awarię urządzenia.

Obliczenie maksymalnej temperatury złącza

Maksymalna temperatura złącza (czasami w skrócie TJMax ) jest określona w arkuszu danych części i jest używana podczas obliczania niezbędnej rezystancji termicznej obudowy do otoczenia dla danego rozpraszania mocy. To z kolei służy do wyboru odpowiedniego radiatora, jeśli ma to zastosowanie. Inne metody chłodzenia obejmują chłodzenie termoelektryczne i chłodziwa .

W nowoczesnych procesorach takich producentów jak Intel , AMD , Qualcomm temperatura rdzenia jest mierzona przez sieć czujników. Za każdym razem, gdy sieć czujników temperatury określa wzrost powyżej określonej temperatury złącza ( ${\ displaystyle T_ {J}}$ ), jest nieuchronne, stosowane są środki takie jak bramkowanie zegara, rozciąganie zegara, zmniejszanie szybkości zegara i inne (powszechnie określane jako dławienie termiczne), aby zapobiec dalszemu wzrostowi temperatury. Jeżeli zastosowane mechanizmy nie kompensują wystarczająco temperatury procesora poniżej temperatury złącza, urządzenie może się wyłączyć, aby zapobiec trwałemu uszkodzeniu.

Oszacowanie temperatury styku chipa można uzyskać z następującego równania: ${\ displaystyle T_ {J}}$

${\ Displaystyle T_ {J} = T_ {A} + (R_ {\ theta JA} P_ {D})}$

gdzie: ${\ displaystyle T_ {A}}$ = temperatura otoczenia dla opakowania ( ° C )

${\ Displaystyle R _ {\ theta JA}}$ = połączenie z oporem cieplnym otoczenia ( ° C / W )

${\ displaystyle P_ {D}}$ = rozpraszanie mocy w pakiecie (W)

Temperatura złącza pomiarowego (T _J )

Wiele półprzewodników i otaczająca je optyka są małe, co utrudnia pomiar temperatury złącza metodami bezpośrednimi, takimi jak termopary i kamery na podczerwień .

Temperaturę złącza można mierzyć pośrednio, wykorzystując charakterystyczną dla urządzenia charakterystykę zależności napięcia/temperatury. W połączeniu z $takimi$ Electron Device Engineering Council (JEDEC), jak JESD 51-1 i JESD 51-51, metoda ta zapewni dokładne . Jednak ta technika pomiarowa jest trudna do wdrożenia w obwodach szeregowych z wieloma diodami LED ze względu na wysokie napięcia w trybie wspólnym i potrzebę szybkiego, wysokiego cyklu pracy aktualne impulsy. Trudność tę można przezwyciężyć, łącząc multimetry cyfrowe o dużej szybkości próbkowania i szybkie impulsowe źródła prądu o wysokiej zgodności .

Znając temperaturę złącza, można obliczyć inny ważny parametr, opór cieplny (Rθ) , korzystając z następującego równania:

${\ Displaystyle R _ {\ teta} = {\ Frac {\ Delta T} {V_ {f} I_ {f}}}}$

Temperatura złącza diod LED i diod laserowych

diody LED lub lasera ( Tj ) jest głównym wyznacznikiem długoterminowej niezawodności; jest to również kluczowy czynnik dla fotometrii . Na przykład moc wyjściowa typowej białej diody LED spada o 20% przy wzroście temperatury złącza o 50°C. Ze względu na tę wrażliwość na temperaturę standardy pomiaru diod LED, takie jak LM-85 firmy IESNA , wymagają określenia temperatury złącza podczas wykonywania pomiarów fotometrycznych.

Nagrzewanie się złączy w tych urządzeniach można zminimalizować, stosując metodę testu ciągłego impulsu określoną w LM-85. Przemiatanie LI przeprowadzone za pomocą firmy Osram pokazuje, że pomiary metodą testową pojedynczego impulsu dają spadek strumienia świetlnego o 25% , a pomiary metodą testową DC dają spadek o 70%.

Zobacz też