芯片工作温度的计算

    经常在看芯片手册的时候会看到芯片的工作温度，存储温度以及结温，不是非常了解这些温度的测试标准以及具体含义，下面梳理一下这些温度的具体意义，主要参考《JEDEC EIA/JESD 51-X Series Standards》标准。

1.    参数基本定义

TJ：芯片结温（Die junction temperature, °C）

T_C：芯片封装表面温度（Package case temperature, °C）

T_B：放置芯片的PCB板温度（Board temperature adjacent to package, °C）

T_T：芯片封装顶面中心温度（Top of package temperature at center, °C）

TA：芯片周围空气温度（Ambient air temperature, °C）

q_JA：硅核到周围空气的热阻系数（Thermal resistance junction-to-ambient, °C/W）

q_JC：硅核到封装表面的热阻系数（Thermal resistance junction-to-case, °C/W）

q_JB：硅核到PCB板的热阻系数（Thermal resistance junction-to-board, °C/W）

Y_JB：硅核到PCB板的特征参数（Junction-to-board characterization parameter，°C/W）

Y_JT：硅核到封装顶部的特征参数（Junction-to-top (of package) characterization parameter, °C/W）

P：设备功耗（Power dissipated by device, Watts）

2.    温度测量及结温计算

下图是热阻计算公式的总结，通过下面的公式，可以通过手册中的可获取的参数，计算得到芯片工作的实际结温。

图1  热阻计算公式总结

2.1 TA测量及T_J计算器

图2  T_A温度测试点

热阻计算公式：q_JA =（T_J- T_A）/P

公式变换：T_J = T_A + q_JA*P

2.2 TC测量及T_J计算器

一般T_C温度测试点有三种情况：

图3  顶面导电封装

图4  顶层导电封装

图5  底层导电封装

热阻计算公式：q_JC=（T_J- T_C）/P

公式变换：T_J = T_C + q_JC*P

2.3 TB测量及T_J计算器

3.1 有绝缘层测试

图6  TB PCB板测试点（有绝缘层）

热阻计算公式：q_JB=（T_J- T_B）/P

公式变换：T_J = T_B + q_JB*P

3.1 无绝缘层测试

图7  T_B PCB板测试点

热阻计算公式：Y_JB=（T_J- T_B）/P

公式变换：T_J = T_B + Y_JB*P

图8  Y_JT测试方法

热阻计算公式：Y_JC=（T_J- T_T）/P

公式变换：T_J = T_T + Y_JC*P

 

Eg：

    比如一个芯片热阻：q_JA=55°C/W，测试得到工作环境温度：T_A = +35°C，工作功耗：P=0.6W

则可以计算结温：TJ = 35°C + (55°C/W * 0.6W) = 68°C

注：一般要求T_A不要超过手册要求，结温也要低于手册要求并要留有余量（10~15°C为宜）

 

    下面看一下实际数据手册的数据，要保证芯片安全温度的工作，环境温度TA应该满足在-10~70°C范围内，并且最后计算出来的结温应该低于120°C（留有15°C余量）。