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Thermal

접합 온도 계산기

전력 손실 및 열 저항 체인 (θJC + θCs + θSA) 에서 반도체 접합 온도를 계산합니다.트랜지스터, MOSFET 및 IC 열 설계에 필수적입니다.

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공식

TJ=TA+PD⋅(θJC+θCS+θSA)T_J = T_A + P_D \cdot (\theta_{JC} + \theta_{CS} + \theta_{SA})
T_J— 접합 온도 (°C)
T_A— 주변 온도 (°C)
P_D— 전력 손실 (W)
θ_JC— 접합부-케이스 열 저항 (°C/W)
θ_CS— 케이스-히트싱크 열 저항 (°C/W)
θ_SA— 히트싱크-주변 온도 저항 (°C/W)

작동 방식

접합 온도 계산기는 신뢰성 분석, [heatsink선택](/calculators/thermal/heatsink-selection/)및 경감 계산에 필수적인 전력 손실 및 열 저항 경로로부터 반도체 다이 온도를 계산합니다.전력 전자 엔지니어, 열 설계자 및 신뢰성 엔지니어는 이를 사용하여 장치 수명을 예측하고 열 장애를 방지할 수 있습니다.JEDEC JESD51-1 기준으로 접합 온도 Tj = Ta + Pd × (θJC + θCS + θSA), 여기서 θJC 은 케이스 간 접합 (전력 패키지의 경우 0.5-5°C/W), θCS 는 케이스-싱크 (인터페이스에 따라 0.1-1°C/W), θSA 는 싱크-주변 (히트싱크의 경우 1-20°C/W) 입니다.Tj (최대) 를 10°C 초과하면 아레니우스 방정식에 따라 장치 수명이 절반으로 줄어들고, Tj (최대) - 25°C에서 작동하면 수명이 두 배로 늘어납니다.TO-220 패키지는 노출된 패드 면적에 따라 θJC = 1-2°C/W, D²PAK has θJC = 0.5-1°C/W, QFN 패키지는 θJC = 2-10°C/W입니다.

계산 예제

IRFZ44N 패키지의 50% 듀티 사이클을 사용하여 12V에서 MOSFET 스위칭 10A의 접합 온도를 계산합니다. TO-220데이터시트에서: Rds (on) = 22mΩ at Tj = 25°C, θJC = 1°C/W, Tj (최대) = 175°C. 전도 손실: P_cond = I² × Rds (on) × D = 10² × 0.022 × 0.5 = 1.1W.100kHz에서의 스위칭 손실: P_sw ≈ 0.5W (Qg × Vds × f에서 추정).총 Pd = 1.6W.TO-220 클립온 히트싱크 (θSA = 12°C/W) 및 써멀 페이스트 (θCS = 0.5°C/W) 사용 시: Tj = 40°C + 1.6W × (1 + 0.5 + 12) = 40°C + 21.6°C = 61.6°C. 이는 Tj (최대) 보다 113°C 낮은 온도로 우수한 신뢰성 마진을 제공합니다.참고: Rds (on) 는 Tj = 100°C에서 1.5배 증가합니다. 정확한 결과를 얻으려면 반복적으로 다시 계산하십시오.

실용적인 팁

  • ✓10년 신뢰성을 위한 설계 목표로 Tj (최대) - 25°C를 사용 — JEDEC JEP122H 기준, Tj (최대) 에서 작동하는 것에 비해 2배의 수명 마진을 제공합니다.
  • ✓열 인터페이스 재료: 실리콘 그리스 (0.1°C/W), 열 패드 (0.3-1°C/W), 상 변화 재료 (0.05°C/W) — 조립 요구 사항에 따라 선택
  • ✓히트싱크가 없는 SMD 패키지의 경우 데이터시트의 θJA 가 적용됩니다. 일반적인 값: SOT-23 = 250°C/W, SOIC-8 = 125°C/W, QFN-16 = 40°C/W (노출 패드를 납땜한 상태)

흔한 실수

  • ✗θJC + θCS + θSA — θJA 대신 θJA 를 사용하면 히트싱크가 없고 공기가 잔잔한 것으로 간주합니다. 히트싱크를 사용한 실제 열 경로는 저항이 훨씬 낮습니다.
  • ✗θCS (인터페이스 저항) 무시 — 건식 접촉은 0.5-1°C/W이고, 써멀 페이스트는 0.1-0.2°C/W로 감소합니다. 이를 생략하면 Tj가 5-15°C 과소평가됩니다.
  • ✗Rds (on) 의 온도 의존성은 잊어버리세요. MOSFET의 온도 의존도는 양수입니다 (25°C 대비 Tj(최대)에서 1.5-2배). 정확도를 위해서는 반복적인 계산이 필요합니다.

자주 묻는 질문

즉각적인 효과: 누설 전류 증가 (10°C당 2배 증가), 항복 전압 감소, 잠재적 열 폭주.장기간: 가속화된 일렉트로마이그레이션, 게이트 옥사이드 분해, 솔더 조인트 피로.MIL-HDBK-217F 기준, 정격 온도보다 10~15°C 높아질 때마다 고장률이 두 배로 증가합니다.Tj (최대) 를 50°C 초과하면 즉시 파괴될 수 있습니다.
히트싱크 개선: 넓은 표면적 (면적 10배 = 3배 하단 θSA), 핀 추가, 강제 통기 (θSA 공기 흐름 1-3m/s의 공기 흐름으로 3-10배 감소).인터페이스 개선: 써멀 그리스 (θCS = 0.1°C/W) 와 드라이 컨택트 (0.5°C/W).패키지 선택: 노출 패드 패키지 (QFN, D²PAK) 는 리드 패키지 (SOIC, TO-92) 보다 5-10배 낮은 θJC 를 가집니다.
θJC (접합부-케이스) 은 패키지 표면에 대한 열 저항을 측정하며, 패키지 설계에 따라 고정됨 (TO-220:1°C/W, D²PAK: 0.5°C/W) . θJA (접합부-주변) 에는 전체 공기 경로가 포함되며 PCB, 공기 흐름 및 방열판에 따라 다릅니다.히트싱크 계산의 경우 θJC + θCS + θSA. θJA 는 히트싱크가 없는 소신호 IC에만 유용합니다.
직접 방법: 적외선 서모그래피 (±2°C 정확도), 케이스 위의 열전대 (Tj를 얻으려면 θJC × Pd를 추가).간접 방법: Vbe 또는 Vds (on) 감지 (교정된 열 다이오드, ±3°C), 온칩 온도 센서 (많은 전력 IC에 포함).JEDEC JESD51-14 기준에 따르면 과도 열 측정은 정확한 θJC 의 특성화를 제공합니다.

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