热阻数据:估算TJ时涉及到的θJA和ΨJT -其2-

本文的关键要点

・在已安装于应用产品的状态下,基本上无法通过θJA进行TJ估算。

・ΨJT因安装条件而异,但如果掌握了所使用的电路板和应用产品的状态,则可以用于估算实际使用时的TJ

上一篇文章中中,以估算TJ时能否使用以及如何使用θJA和ΨJT为主题,作为“其1”介绍了可以使用θJA和ΨJT进行TJ估算。本文作为“其2”,将介绍ΨJT的特性和估算TJ时θJA和ΨJT的有效性。如上次所述,将会单独介绍使用了热阻数据的TJ估算示例。

不同条件下θJA和ΨJT的特性及有效性

正如上一篇中介绍过的,由于ΨJT是一个表示相对于器件整体的功耗的、结点与封装顶面中心之间的温度差的热特性参数,因此可以用来推算实机中实机工作状态下的TJ。然而,有一些实际工作条件会影响θJA和ΨJT,并会影响它们在TJ估算过程中的有效性。下面举几个例子来探讨它们各自的特性和有效性。

●电路板散热性能的变化
右图表示电路板表层铜箔面积与θJA和ΨJT之间的关系。θJA受铜箔面积(即流入PCB的热量)的影响很大,而ΨJT由于器件的大部分热量都会流入PCB,因此TJ-TT间的温差非常小,故ΨJT的值和变化也都很小。由于θJA会因实装电路板的条件不同而有很大变化,因此很难直接用于估算TJ,但ΨJT不会因PCB的差异而有较大变化,所以是可以使用的。

基板表層銅箔面積とθJAとΨJTの関係

●被屏蔽罩等覆盖的状态
出于EMC对策等原因,目标器件可能会有使用屏蔽罩覆盖的情况。下面是使用和不使用屏蔽罩时实测的θJA和ΨJT结果比较。

シールドケースあり・なしでの実測によるθJAとΨJTの比較

有屏蔽罩时,θJA和ΨJT均会上升,但θJA的波动较大,无法用于估算TJ。而ΨJT的上升量很小,原来的值也很小,波动也很小,即使直接用于TJ计算也不会造成太大的误差。例如,使用无屏蔽罩的ΨJT=9.4℃/W,来计算有屏蔽罩的TJ结果如下,与实际温度106.7℃相比,误差在1%以内。

T_J=0.5W×9.4℃/W+101.3℃=106.0℃

●被树脂密封并被屏蔽罩等覆盖的状态
为了起到保护作用,有时会将电路板上的实装元器件进行树脂密封。在这里,假设是不仅被树脂密封还被屏蔽罩等覆盖的情况。

基板を実装部品ごと樹脂封止しシールドケースで覆われた状態のθJAとΨJT

θJA受密封树脂影响,热阻显着降低,在这种条件下,θJA不能用于TJ计算。ΨJT呈上升趋势,波动较大。使用没有树脂密封和屏蔽罩时的ΨJT=9.4℃/W,计算有树脂密封和屏蔽罩时的TJ,结果如下。

T_J=0.5W×9.4℃/W+44.5℃=49.2℃

与实际温度53.3℃相比,误差约为8%。这就需要探讨是否允许这个程度的误差,或者纠正误差后用于TJ的计算。

●成为热源的元器件彼此相邻的状态
虽然应该避免这种情况,但在元器件实际安装过程中产生热量的元器件还是可能会彼此相邻。下面是两者具有适当的距离(中间图)时和它们彼此相邻(右图)时的θJA和ΨJT结果比较。

2個が適度な距離を持っている場合と隣接している場合のθJAとΨJT

从数据可以看出,当元器件距离很近时,θJA和ΨJT均上升,但θJA的波动较大,不能用于TJ的估算。当然,ΨJT也有波动,但由于其值原本就小,波动也很小,因此即使用于TJ的估算也不会造成太大的误差。例如,使用一个元器件时的ΨJT=9.4℃/W,计算两个相邻状态下的TJ时,结果如下,与实际温度101.5℃相比,误差在1%以内。

T_J=0.5W×9.4℃/W+96.3℃=101.0℃

●电路板层数变化时
下图显示了当电路板的层数发生变化时,θJA和ΨJT的变化情况。

基板の層数が変わった場合のθJAとΨJT

随着电路板层数的增加,θJA显着下降,但即使在这种情况下,θJA也不能用于TJ的计算。ΨJT的波动也很大,作为示例,使用1s(1层电路板)时的ΨJT=9.4℃/W,计算2s2p(4层电路板)时的TJ,结果如下。

T_J=0.5W×9.4℃/W+33.7℃=38.4℃

与实际温度36.3℃相比,误差约为6%,这就需要探讨是否允许这个程度的误差,或者是否需要纠正误差。

总结

本文在实际应用产品中安装时可能会有的4种条件下,比较了θJA和ΨJT。结论是与上一篇中的讨论一样,受铜箔和电路板等散热条件的影响,以及相邻元器件的热干扰影响,在应用产品中很难将θJA用于TJ的估算。

而ΨJT虽然会因安装条件而变化,但由于其值原本就很小,而且在某些条件下的波动也很小,因此通过掌握所使用的电路板和应用产品的状态,并高精度地测量TT,可以将提供的ΨJT值用于实际使用时的TJ估算。

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