Skip to content
RFrftools.io
Thermal

Calculadora de Temperatura de Unión

Calcula la temperatura de unión de semiconductores en función de la potencia disipada y las resistencias térmicas.

Loading calculator...

Fórmula

TJ=TA+PD⋅(θJC+θCS+θSA)T_J = T_A + P_D \cdot (\theta_{JC} + \theta_{CS} + \theta_{SA})
T_J— Temperatura de unión (°C)
T_A— Temperatura ambiente (°C)
P_D— Disipación de potencia (W)
θ_JC— Resistencia térmica entre la unión y la caja (°C/W)
θ_CS— Resistencia térmica entre la carcasa y el disipador (°C/W)
θ_SA— Resistencia térmica entre el disipador y el ambiente (°C/W)

Cómo Funciona

La calculadora de temperatura de unión calcula la temperatura de la matriz de los semiconductores a partir de la disipación de energía y la trayectoria de resistencia térmica, lo que es esencial para el análisis de confiabilidad, la selección de los disipadores térmicos y los cálculos de reducción Los ingenieros de electrónica de potencia, los diseñadores térmicos y los ingenieros de confiabilidad la utilizan para predecir la vida útil de los dispositivos y evitar fallas térmicas. Según el JEDEC JESD51-1, la temperatura de unión Tj = Ta + Pd × (θJC + θCs + θSa), donde θJC es de unión a caja (0,5-5 °C/W para paquetes de alimentación), θCS es de caja a disipador (0,1-1°C/W según la interfaz) y θA es de sumidero a ambiente (1-20 °C/W para disipadores térmicos). Superar la Tj (máx.) en 10 °C reduce a la mitad la vida útil del dispositivo según la ecuación de Arrhenius; operar a Tj (máx.) - 25 °C duplica la vida útil. Los paquetes TO-220 tienen θJC = 1-2 °C/W; los D²PAK tienen θJC = 0,5-1 °C/W; los paquetes QFN tienen θJC = 2-10 °C/W, según el área expuesta de la almohadilla.

Ejemplo Resuelto

Calcule la temperatura de unión para la conmutación MOSFET IRFZ44N de 10 A a 12 V con un ciclo de trabajo del 50% en el paquete TO-220. De la hoja de datos: Rds (encendido) = 22 mΩ a Tj = 25 °C, θJc = 1 °C/W, Tj (máx.) = 175 °C. Pérdida de conducción: P_cond = I² × Rds (encendido) × D = 10² × 0,022 × 0,5 = 1,1 W. Pérdida de conmutación a 100 kHz: p_SW ≈ 0,5 W (estimada a partir de Qg × Vds × f). Pd total = 1,6 W. Con el disipador térmico con clip TO-220 (θA = 12 °C/W) y la pasta térmica (θCS = 0,5 °C/W): Tj = 40 °C + 1,6 W × (1 + 0,5 + 12) = 40 °C + 21,6 °C = 61,6 °C. Esto está 113 °C por debajo de Tj (máximo), lo que proporciona un margen de fiabilidad excelente. Nota: El Rds (encendido) aumenta 1,5 veces a Tj = 100 °C; vuelve a calcular de forma iterativa para obtener resultados precisos.

Consejos Prácticos

  • ✓Utilice Tj (max) - 25 °C como objetivo de diseño para una confiabilidad de 10 años; según el JEDEC JEP122H, esto proporciona un margen de vida útil 2 veces mayor en comparación con operar a Tj (máx.)
  • ✓Materiales de interfaz térmica: grasa de silicona (0,1 °C/W), almohadillas térmicas (0,3-1 °C/W), materiales de cambio de fase (0,05 °C/W); seleccione según los requisitos de ensamblaje
  • ✓Para paquetes SMD sin disipador térmico, se aplica θJA en la hoja de datos; valores típicos: SOT-23 = 250 °C/W, SOIC-8 = 125 °C/W, QFN-16 = 40 °C/W con almohadilla expuesta soldada

Errores Comunes

  • ✗Usar θJa en lugar de θJC + θCS + θSa — θJA supone que no hay disipador térmico y que hay aire en calma; la trayectoria térmica real con el disipador térmico es una resistencia mucho menor
  • ✗Ignorando θCs (resistencia de la interfaz): el contacto seco es de 0,5 a 1 °C/W; la pasta térmica se reduce a 0,1-0,2 °C/W; omitir esto subestima la Tj entre 5 y 15 °C
  • ✗Olvidando la dependencia de la temperatura del Rds (encendido): los MOSFET tienen una temperatura positiva (1,5-2 veces a Tj (máx.) frente a 25 °C); se requiere un cálculo iterativo para garantizar la precisión

Preguntas Frecuentes

Efectos inmediatos: aumento de la corriente de fuga (se duplica por cada 10 °C), reducción del voltaje de ruptura y posible fuga térmica. A largo plazo: electromigración acelerada, degradación por óxido de compuerta, fatiga de las juntas de soldadura. Según la norma MIL-HDBK-217F, la tasa de fallos se duplica por cada 10-15 °C por encima de la temperatura nominal. Superar la Tj (máx.) en 50 °C puede provocar una destrucción inmediata.
Mejoras en el disipador térmico: mayor área de superficie (10 veces de área = 3 veces más baja θA), adición de aletas, aire forzado (θSA reduce de 3 a 10 veces con un flujo de aire de 1 a 3 m/s). Mejoras en la interfaz: grasa térmica (θCs = 0,1 °C/W) frente a grasa por contacto seco (0,5 °C/W). Selección de paquetes: los paquetes con almohadilla expuesta (QFN, D²PAK) tienen 5-10 veces más bajos que los paquetes con plomo (SOIC, TO-92).
θJC (unión a caja) mide la resistencia térmica a la superficie del paquete, fijada según el diseño del paquete (TO-220:1 °C/W, D²PAK: 0,5 °C/W). θJA (unión al ambiente) incluye todo el camino hacia el aire y varía según la PCB, el flujo de aire y el disipador térmico. Para calcular el disipador térmico, utilice θJC + θCS + θSA. θJA solo es útil para circuitos integrados de señal pequeña sin disipadores térmicos.
Métodos directos: termografía infrarroja (precisión de ± 2 °C), termopar en la carcasa (añada θJC × Pd para obtener Tj). Métodos indirectos: detección de Vbe o Vds (encendido) (diodo térmico calibrado, ± 3 °C), sensor de temperatura integrado en el chip (muchos circuitos integrados de alimentación lo incluyen). Según el JEDEC JESD51-14, la medición térmica transitoria proporciona una caracterización precisa del θJC.

Shop Components

As an Amazon Associate we earn from qualifying purchases.

Thermal Paste

Thermal paste and grease for heatsink-to-component bonding

Amazon →

Heatsinks (TO-220)

Aluminum heatsinks for TO-220 and similar packages

Amazon →

Thermal Pads

Silicone thermal pads for PCB component cooling

Amazon →

Calculadoras relacionadas

Thermal

Selección Disipador

Determina la resistencia térmica máxima del disipador requerida para mantener una temperatura de unión segura.

Thermal

Disipador de Calor

Calcula la resistencia térmica máxima del disipador necesario para mantener la temperatura de unión bajo control.

Thermal

Red Térmica

Calcula temperaturas en cada nodo de redes de resistencias térmicas serie y paralelo.

Thermal

Temperatura de Pista PCB

Calcula la elevación de temperatura en pistas de cobre de PCB por efecto Joule a alta corriente.