Температура перехода

Температура перехода , сокращение от транзистора температуры перехода , ^[1] — это самая высокая рабочая температура настоящего 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 температура перехода превышает заданную ( $T_{J}$ ), неизбежна, то для предотвращения дальнейшего повышения температуры применяются такие меры, как стробирование тактовой частоты, растяжение тактовой частоты, снижение тактовой частоты и другие (обычно называемые тепловым регулированием). Если применяемые механизмы не обеспечивают достаточной компенсации, чтобы процессор оставался ниже температуры перехода, устройство может отключиться, чтобы предотвратить необратимое повреждение. ^[2]

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

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

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

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

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

Измерение температуры перехода (T _J )

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 позволит получить точные результаты. $T_{J}$ 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]

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

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

Температура перехода светодиодов и лазерных диодов

Температура перехода светодиода (Tj) является основным фактором , или лазерного диода 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 этой температурной чувствительности стандарты измерения светодиодов, такие как IESNA LM -85 , требуют, чтобы температура перехода определялась при проведении фотометрических измерений. ^[5]

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

См. также

Ссылки

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

[1] Сабатье, Джоселин (06 мая 2015 г.). Дробное дифференцирование порядка и робастное проектирование управления: 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] Васиги, Арман; Сачдев, Манодж (2006). Управление температурой и питанием интегральных микросхем . 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.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]