Температура перехода

Температура перехода , сокращение от температуры перехода транзистора , ^[1] — это самая высокая рабочая температура реального полупроводника в электронном устройстве. В процессе эксплуатации она превышает температуру корпуса и температуру внешней поверхности детали. Разница равна количеству тепла, передаваемому от перехода к корпусу, умноженному на тепловое сопротивление между переходом и корпусом .

Микроскопические эффекты

Различные физические свойства полупроводниковых материалов зависят от температуры. К ним относятся скорость диффузии легирующих элементов, подвижность носителей заряда и термическое производство носителей заряда . На нижнем уровне шум сенсорного диода можно уменьшить за счет криогенного охлаждения. На верхнем уровне результирующее увеличение локальной рассеиваемой мощности может привести к перегреву , что может привести к временному или постоянному отказу устройства.

Расчет максимальной температуры перехода

Максимальная температура перехода (иногда сокращенно TJMax ) указана в техническом описании детали и используется при расчете необходимого теплового сопротивления корпуса к окружающей среде для заданной рассеиваемой мощности. Это, в свою очередь, используется для выбора подходящего радиатора, если это применимо. Другие методы охлаждения включают термоэлектрическое охлаждение и охлаждающие жидкости .

В современных процессорах таких производителей, как Intel , AMD , Qualcomm , температура ядра измеряется сетью датчиков. Каждый раз, когда сеть измерения температуры определяет, что превышение заданной температуры перехода ( ) неизбежно, применяются такие меры, как стробирование тактового сигнала, растяжение тактового сигнала, снижение тактовой частоты и другие (обычно называемые тепловым регулированием), чтобы предотвратить повышение температуры. поднимайте дальше. Если применяемые механизмы не обеспечивают достаточной компенсации, чтобы процессор оставался ниже температуры перехода, устройство может отключиться, чтобы предотвратить необратимое повреждение. ^[2] ${\displaystyle T_{J}}$

Оценку температуры чип-перехода можно получить из следующего уравнения: ^[3] ${\displaystyle T_{J}}$

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

где: = температура окружающей среды для упаковки [°C] ${\displaystyle T_{A}}$

${\displaystyle R_{\theta JA}}$= тепловое сопротивление перехода к окружающей среде [°C / Вт]

${\displaystyle P_{D}}$= рассеиваемая мощность в корпусе [Вт]

Измерение температуры перехода (TДж)

Многие полупроводники и окружающая их оптика имеют небольшие размеры, что затрудняет измерение температуры перехода прямыми методами, такими как термопары и инфракрасные камеры .

Температуру перехода можно измерить косвенно, используя собственную характеристику зависимости напряжения/температуры устройства. В сочетании с методами Объединенного совета по разработке электронных устройств (JEDEC), такими как JESD 51-1 и JESD 51-51, этот метод обеспечит точные измерения. Однако этот метод измерения сложно реализовать в последовательных схемах с несколькими светодиодами из-за высоких синфазных напряжений и необходимости получения быстрых импульсов тока с большой скважностью . Эту трудность можно преодолеть, объединив высокоскоростные цифровые мультиметры и быстродействующие источники импульсного тока с высокими характеристиками . ^[4] ${\displaystyle T_{J}}$

Зная температуру перехода, можно рассчитать другой важный параметр — тепловое сопротивление (Rθ) по следующему уравнению:

${\displaystyle R_{\theta }={\frac {\Delta T}{V_{f}I_{f}}}}$

Температура перехода светодиодов и лазерных диодов

Температура перехода светодиода или лазерного диода (Tj) является основным фактором , определяющим долгосрочную надежность; это также является ключевым фактором для фотометрии . Например, мощность типичного белого светодиода снижается на 20% при повышении температуры перехода на 50 °C. Из-за такой температурной чувствительности стандарты измерения светодиодов, такие как IESNA LM-85, требуют, чтобы температура перехода определялась при фотометрических измерениях. ^[5]

В этих устройствах нагрев спая можно свести к минимуму, используя метод испытания непрерывным импульсом, указанный в LM-85. Развертка LI, проведенная с использованием желтого светодиода Osram, показывает, что измерения методом одноимпульсного тестирования дают падение выходного светового потока на 25 % , а измерения методом тестирования постоянным током — на 70 %. ^[6]

Смотрите также

• Безопасная рабочая зона
• ПН-переход
• Металл-полупроводниковый переход

Рекомендации

1. Сабатье, Джоселин (06 мая 2015 г.). Дробное дифференцирование порядка и устойчивое управление: CRONE, H-бесконечность и управление движением. Спрингер. п. 47. ИСБН 9789401798075.
2. Рудольф Марек, «Техническое описание: архитектуры Intel 64 и IA-32», Руководство разработчика программного обеспечения, том 3A: Руководство по системному программированию
3. Вассиги, Арман; Сачдев, Манодж (2006). Управление температурой и питанием интегральных схем . Интегральные схемы и системы. ISBN 9780387257624.
4. «Измерение температуры перехода светодиодов (Tj) - Vektrex» . Вектрекс . 06.01.2017 . Проверено 17 октября 2017 г.
5. «Продукты и решения для тепловых измерений - Vektrex» . Вектрекс . Проверено 17 октября 2017 г.
6. «3 шага к улучшению измерений светодиодного освещения: точность - Vektrex» . Вектрекс . Проверено 17 октября 2017 г.