中心議題：
通常，MOSFET數(shù)據(jù)手冊中提供的結(jié)點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)只限于結(jié)到引腳和結(jié)到環(huán)境之間的熱阻。雖然可根據(jù)定制條件使用一些工具來實(shí)現(xiàn)更精確的熱仿真，但有時(shí)只需要時(shí)間來運(yùn)行仿真就可以了。
- 根據(jù)定制條件使用一些工具來實(shí)現(xiàn)更精確的熱仿真
- 提出了一種根據(jù)器件的頂面溫度估算MOSFET結(jié)點(diǎn)溫度的快速而簡單的方法
通常，MOSFET數(shù)據(jù)手冊中提供的結(jié)點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)只限于結(jié)到引腳和結(jié)到環(huán)境之間的熱阻。雖然可根據(jù)定制條件使用一些工具來實(shí)現(xiàn)更精確的熱仿真，但有時(shí)只需要時(shí)間來運(yùn)行仿真就可以了。
本文中，我們提出了一種根據(jù)器件的頂面溫度估算MOSFET結(jié)點(diǎn)溫度的快速而簡單的方法，這易于利用一臺探針臺（bench probe）予以確定。為了開發(fā)一個利用頂面溫度計(jì)算出結(jié)點(diǎn)溫度的公式，我們利用Vishay Siliconix基于網(wǎng)絡(luò)的ThermaSim™ 在不同條件下運(yùn)行了一組對流行MOSFET封裝類型的實(shí)驗(yàn)。為了得到與數(shù)據(jù)手冊更好的一致性，應(yīng)該在1英寸×1英寸的正方形FR-4板上安裝MOSFET。
Si4800BDY：SO-8單片芯壓焊線封裝
我們的第一個實(shí)驗(yàn)是在SO-8單片芯壓焊線封裝上進(jìn)行的。如圖1所示，在功耗為0.5 W時(shí)，Si4800BDY可保持+80.95℃的片芯溫度，頂面溫度為+77℃。圖2接著顯示了頂面的溫升和高達(dá)1 W的片芯功耗。
圖2 - Si4800BDY的頂面和片芯溫升
表1顯示了0.2 W至1 W功耗范圍的仿真結(jié)果。Tdie rise = Tdie – 25，Ttop rise =Ttop – 25，K=[Tdie rise]/[Ttop rise]。系數(shù)K與功耗一致，是由K平均得到的，我們得到的Ttop rise與Tdie rise的比率為1.074。
表1 - Si4800BDY的ThermaSim結(jié)果
頂面和芯片之間的溫差與功耗成正比。你可以通過[Tdie rise] = 1.074* [Ttop rise]確定另一個接近線（approximation line）。如圖3所示，這個線性接近線很好地描述了真實(shí)數(shù)據(jù)，對于這個具體的元件來說，片芯溫升大約高于頂面溫度7.4 %。
圖3 - Si4800BDY的頂面溫升與片芯溫升之間的關(guān)系[page]
Si4686DY：單SO-8無壓焊線（BWL）封裝
與壓焊線封裝相比，無壓焊線（BWL）封裝在散熱方面有某種不同之處，因?yàn)槠竞驮匆_之間的一個線夾（clip）可以給電路板帶來另一種熱通量。圖4所示為采用Si4686DY作為樣片的這種仿真的結(jié)果。
圖4 - Si4686DY的頂面溫升與片芯溫升之間的關(guān)系
該圖顯示了與Si4800BDY仿真類似的結(jié)果。不過，這個元件的頂面到片芯之間的溫差為6.6 %。
Si7336ADP：單PowerPAK SO-8 BWL封裝
Ttop rise與Tdie rise的比率也會受到封裝成型厚度的影響。為了證明這一點(diǎn)，我們下一個實(shí)驗(yàn)是一個采用BWL封裝的PowerPAK SO-8封裝。圖5所示為Si7336ADP的頂面溫升與片芯溫升之間的關(guān)系。
圖5 - Si7336ADP的頂面溫升與片芯溫升之間的關(guān)系
由于采用了一種比標(biāo)準(zhǔn)SO-8更加纖巧的封裝，PowerPAK SO-8顯示出了更加接近片芯溫度的頂面溫度。它顯示了與先前的仿真類似的結(jié)果；不過，這個元件的頂面到片芯之間的溫差僅為1.4 %，標(biāo)準(zhǔn)SO-8封裝則為6.6 %或7.4 %。
為了進(jìn)一步探索成型厚度與Ttop rise到Tdie rise比率之間的關(guān)系，我們也對其他封裝類型運(yùn)行了這個熱仿真，如圖表2所示。
結(jié)果向我們表明，成型厚度與系數(shù)之間存在一種明確的相互關(guān)系。在所有封裝中，D2PAK的系數(shù)最大，因?yàn)樗某尚妥詈?。第二大是DPAK，它的成型第二厚。PowerPAK SO-8和PowerPAK 1212顯示出較小的數(shù)字，因?yàn)槠涑尚透永w巧。
結(jié)論：從上述實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，我們確定了片芯溫升與頂面溫升成正比：
[Tdie rise] = k * [Ttop rise]。
系數(shù)K取決于封裝，D2PAK大約為1.18，而DPAK則為1.08。對于PowerPAK SO-8和PowerPAK 1212來說，系數(shù)大約為1.02。對于其他封裝，該系數(shù)從1.03到1.07不等，取決于片芯尺寸或封裝構(gòu)造。ThermaSim仿真顯示，片芯溫度要比我們期待的頂面溫度更加接近，證明這是一種迅速而精確地估算結(jié)點(diǎn)溫度的方便的方法。
