MOS管熱阻參數(shù)解讀及熱阻測試原理-KIA MOS管
信息來源:本站 日期:2020-10-10
以下用到的SPEC參數(shù)是Rohm的NMOS管RE1C001UN
定義:熱阻指的是當(dāng)有熱量在物體上傳輸時(shí),在物體兩端溫度差與熱源的功率之間的比值,單位是℃/W或者是K/W。半導(dǎo)體散熱的三個(gè)途徑,封裝頂部到空氣,封裝底部到電路板,封裝引腳到電路板。
Tj:芯片結(jié)溫,Ta:芯片環(huán)境溫度,熱阻ThetaJA = (Tj-Ta)/P
還有一些其他的熱阻參數(shù)如下:
ThetaJA=(Tj-Ta)/P,結(jié)到空氣環(huán)境的熱阻。
ThetaJC=(Tj-Tc)/P,結(jié)到封裝外殼的熱阻,一般而言是到封裝頂部的熱阻,所以一般的,ThetaJC = ThetaJT
ThetaJB=(Tj-Tb)/P,結(jié)到PCB的熱阻。
ThetaJA參數(shù)綜合了Die的大小, 封裝方式,填充材料,封裝材料,引腳設(shè)計(jì),外部散熱片和外部電路板的屬性多個(gè)因素,綜合來講ThetaJA和用的器件以及PCB設(shè)計(jì)有關(guān)。ThetaJC和ThetaJB這2個(gè)參數(shù)是表征芯片和封裝本身的,不會隨著芯片封裝外部環(huán)境的改變而改變。
Power dissipation:功率損耗,指的是NMOS消耗功率不能超過150mW
Junction temperature:結(jié)溫,結(jié)面溫度,指的是NMOS最高結(jié)溫不能超過150℃
Thermal resistance:熱阻,如下的833℃/W指的是NMOS結(jié)面相對于環(huán)境溫度的熱阻是833℃/W,假如器件消耗的功率是1W,那溫升就是833℃
當(dāng)NMOS工作在最大功率150mW,那NMOS結(jié)到空氣的溫度就是150/1000*833≈125℃,芯片結(jié)溫就是125+25=150℃
輸入電容Ciss,指的是DS短接,用交流信號測得的GS之間的電容,Ciss由GS電容和GD電容并聯(lián)而成,即Ciss=Cgs+Cgd,當(dāng)輸入電容充電至閾值電壓,MOS管才打開,放電至一定的值,MOS管才關(guān)閉,所以Ciss和MOS管的開啟關(guān)閉時(shí)間有很大的關(guān)系。
輸出電容Coss,指的是GS短接,用交流信號測得的DS之間的電容,Coss由GD電容和DS電容并聯(lián)而成,即Coss=Cgd+Cds
反向傳輸電容Crss,指的是S接地,GD之間的電容,即Crss=Cgd
MOS管關(guān)閉下,Cgs要比Cgd大得多,Cgd=1.7pF,那Cgs=7.1-1.7=5.4pF
從SPEC給的圖看,3個(gè)電容的大小和DS電壓有很大關(guān)系,尤其是Coss和Crss
有的一些MOS管SPEC中還有如下的Qg,Qgs,Ggd,指的是充滿這些電容所需要的電荷數(shù),所需要的充電電荷數(shù)越少,MOS管開關(guān)速度就越快。
MOS管關(guān)閉下,Cgs要比Cgd大的多,但是發(fā)現(xiàn)Qgd比Qgs大得多,這是受到米勒電容的影響
MOS管的開關(guān)時(shí)間
結(jié)合一下圖片理解MOS管的開關(guān)時(shí)間。
最左邊綠色部分,ID和UD幾乎不變,因?yàn)檫@時(shí)候UGS沒有上升到閾值電壓,MOS管是關(guān)閉狀態(tài),把UGS從0增大到閾值電壓前這段時(shí)間叫Turn-on delay time。緊接著紫色部分,當(dāng)UGS上升到閾值電壓后,隨著UGS再繼續(xù)增大,ID也逐漸增大,UD逐漸減小,直到ID到最大值,UD到最小值,這段時(shí)間叫Rise time。
同理,MOS管在關(guān)閉時(shí),UGS沒有下降到閾值電壓,ID和UD都是不變的,把UGS下降到閾值電壓前這段時(shí)間叫Turn-off delay time,隨著UGS逐漸減小,ID減小到最小值,UD增大到最大值,這段時(shí)間叫Fall time。
熱阻是依據(jù)半導(dǎo)體器件PN結(jié)在指定電流下兩端的電壓隨溫度變化而變化為測試原理,來測試功率半導(dǎo)體器件的熱穩(wěn)定性或封裝等的散熱特性,通過給被測功率器件施加指定功率、指定時(shí)間,PN結(jié)兩端的電壓變化(△VBE/△VF/△VGK/△VT/△VSD)作為被測器件的散熱判據(jù)。并與指定規(guī)范值比較,根據(jù)測試結(jié)果進(jìn)行篩選,將散熱性差的產(chǎn)品篩選掉,避免散熱性差的產(chǎn)品在應(yīng)用過程中,因溫升過高導(dǎo)致失效。
MOS熱阻測試是通過測試MOS體二極管兩端電壓變化△VSD來實(shí)現(xiàn)的,先后分別測試MOS管MOS體二極管正向壓降Vsd1(加熱前)和Vsd2(加熱后)。步驟:1、MOS加熱前,先測量讓MOS體二極管以Is電流(Is=10mA)流動時(shí)的Vsd1值,原理圖見下圖-左;2、給MOS管Vgs加壓,讓MOS以ID電流開通PT時(shí)間,加熱MOS管,原理圖見下圖-中;3、再測量讓MOS體二極管以Is電流(Is=10mA)流動時(shí)的Vsd2值,原理圖見下圖-右;4、DVDS=Vsd1-Vsd2,DVDS?正常合格范圍為45~85mV;
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