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OP Amp란? 온도 특성

 

동작온도 범위

동작온도 범위란, IC가 사양상 기능을 유지하며 정상 동작하는 범위를 뜻합니다.
IC는 온도에 따라 그 특성이 변합니다.
따라서 별도의 지정이 없는 한, 25℃로 규정된 규격치가 그대로 보증되는 것은 아닙니다.
온도 범위를 보증한 항목으로서 모든 온도 범위 보증 항목이 있습니다.
이는 동작온도 범위내에서의 IC 특성 변화를 고려한 규격치입니다.

최대 접합부 온도 (최대 Junction 온도) 보존온도 범위

최대 접합부 온도 (최대 Junction 온도)란, 반도체가 동작하는 최대 온도입니다. 또한, Junction이란, PN 접합을 뜻합니다.
칩 온도가 규정된 최대 Junction 온도보다 높아지면, 반도체의 결정에서 전자 정공쌍이 다수 생성되어 소자로서 정상적으로 동작할 수 없게 됩니다.
따라서, IC가 소비하는 전력으로 인한 발열 및 주위온도를 고려한 사용, 열 설계가 필요합니다.
최대 접합부 온도는 제조 프로세스에 따라 결정됩니다.
보존온도 범위는 IC가 동작하지 않는 상태, 즉 소비전력이 없는 상태에서의 보존 환경의 최대 온도를 나타냅니다.
통상적으로 최대 접합부 온도와 동일합니다.

허용 손실 (모든 손실)

허용 손실 (모든 손실) PD는 주위온도 Ta=25℃ (상온)에서 IC가 소비할 수 있는 전력을 뜻합니다. IC가 전력을 소비하면 자기 발열하여, 칩의 온도는 주위온도보다 높아집니다.
칩이 허용할 수 있는 온도는 최대 접합부 온도에 따라 결정되므로, 소비 가능한 전력은 열 경감 곡선 (derating curve)에 의해 제한됩니다.
패키지 내부의 IC 칩이 허용할 수 있는 온도 (최대 접합부 온도)와 패키지의 열 저항 (방열성)에 따라 25℃에서의 허용 손실이 결정됩니다.
또한, 접합 온도의 최대치는 제조 프로세스에 따라 결정됩니다.

IC의 전력소비로 인해 발생된 열은 패키지의 몰드 수지 및 리드 프레임 등을 통해 방열됩니다.
이 방열성 (열 발산 정도)을 나타내는 Parameter는 열 저항이라고 하며, 기호는 θj-a[℃/W]입니다.
이러한 열 저항을 통해 패키지 내부의 IC 온도를 추정할 수 있습니다.
하기 오른쪽 그림은 패키지의 열 저항 모델입니다. θj-a는 칩-케이스 (패키지)간 열저항 θj-c와 케이스 (패키지)-외부간 열저항 θc-a의 합으로 나타냅니다.
열 저항 θj-a, 주위온도 Ta, 소비전력 P를 알면, Junction 온도는 하기의 식으로 구할 수 있습니다.

Tj = Ta + θj-a × P [W]

하기 왼쪽 그림은 열 경감 곡선 (derating curve)의 예입니다.
이 곡선은 어떤 주위온도에서 IC가 얼마나 전력을 소비할 수 있는지를 나타내는 그래프입니다. IC 칩의 허용온도를 넘지 않는 범위에서 소비할 수 있는 전력을 뜻합니다.
예를 들어, MSOP8의 경우, 이 IC의 보존온도 범위는 -55[℃]~150[℃]이므로, 칩의 최대 허용 온도는 150[℃]입니다. MSOP8의 열 저항은 θj-a≒212.8[℃/W]이며, 이 IC가 Ta=25[℃]에서 0.58[mW]의 전력을 소비한다고 가정하면, Junction 온도는,

Tj = 25[℃] + 212.8[℃/W] × 0.58[W] ≒ 150[℃]

이며, 칩의 최대 허용 온도에 도달하기 위해 이 이상의 전력을 소비해서는 안된다는 점을 알 수 있습니다.
열 경감 곡선의 1[℃]당 경감치는 열 저항의 역수로 결정됩니다.
여기서는 SOP8 : 5.5[mW/℃]  SSOP-B8 : 5.0[mW/℃]
MSOP8 : 4.7[mW/℃]가 됩니다.

접합-외부간 열 저항 : θj-a=θj-c+θc-a[℃/W]
여기서 θj-c : Junction-케이스간 열 저항
θc-a : 케이스-외부간 열 저항
Ta : 주위온도
Tj : 접합부 온도 (Junction 온도)
열 경감 곡선의 기울기는 θj-a의 역수

패키지의 열 저항

열 경감 곡선 예

PDFOp-Amp / Cpmparator Tutorial

전자 기초 지식