트랜지스터란? 소자 온도 계산 방법

Junction 온도 계산 방법 1 :
주위 온도로 계산 (기본)

Junction 온도 (또는 채널 온도)는 주위 온도 및 소비전력에서 계산할 수 있습니다. 열 저항의 관점에서,

*Rth(j-a) : Junction-주위 온도간 열 저항은 실장하는 기판에 따라 달라지지만,
당사 표준 기판에 실장했을 때의 값을「대표적인 패키지 저항치」로 나타냅니다.

Rth(j-a)의 값은 각각의 트랜지스터에 따라 다르지만, 패키지가 동일하면 거의 근사치로 볼 수 있습니다.

**소비전력이 일정하지 않고, 시간에 따라 변화하는 경우에는 평균 소비전력으로 근사치를 계산합니다.
평균 소비전력의 계산 방법은 『트랜지스터의 사용 여부 판정 방법』을 참조하여 주십시오.

하기 그래프는 Rth(j-a)가 250ºC/W, 주위 온도가 25ºC일 경우, 소비전력과 junction 온도의 관계를 나타냅니다.

소비전력에 비례하여 junction 온도가 상승합니다. 이 때의 비례 정수가 Rth(j-a)입니다. Rth(j-a)가 250ºC/W이므로, junction 온도는 소비전력이 0.1W 증가함에 따라 25ºC 상승합니다. 소비전력이 0.5W일 때, junction 온도가 150ºC이므로, 이 예에서는 0.5W 이상의 전력을 인가할 수 없음을 알 수 있습니다.

다음으로 Rth(j-a)는 동일하게 250ºC/W로, 주위 온도가 변화하는 경우입니다.

즉, 동일한 인가전력에서도 주위 온도가 상승하는 만큼 junction 온도가 상승하므로, 인가 가능한 전력이 작아집니다.
열 저항뿐만 아니라 주위 온도에 따라서도 최대 소비전력이 영향을 받습니다. 주위 온도가 150ºC일 경우, 인가 가능한 전력은 zero이므로,

의 비율로 최대 소비전력이 작아짐을 알 수 있습니다.

이 관계를 나타내는 것이 하기의 전력 경감 곡선입니다.

전력 경감 곡선은 경감률을 퍼센트로 나타내므로, 모든 패키지에 적용할 수 있습니다. 예를 들어 MPT3 패키지는 25ºC일 때 최대 인가전력은 0.5W이지만, 0.8%/ºC의 비율로 인가 가능한 전력은 작아지므로, 50ºC에서는 80% (20% 감소)의 0.4W, 100ºC에서는 40% (60% 감소)의 0.2W가 됩니다.

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Junction 온도 계산 방법 2 :
주위 온도로 계산 (과도 열 저항)

「1. 주위 온도로 계산 (기본)」에서는 전력이 연속적으로 인가될 때를 예로 들었습니다. 다음으로는 순간적인 전력 인가에 의한 온도 상승에 대해 기술하고자 합니다. 순간적인 전력 인가에 의한 온도 상승은 과도 열 저항을 사용하여 계산합니다.

상기 그래프는 과도한 열 저항 (과도 열 저항)을 나타냅니다. 가로축이 펄스 폭, 세로축이 열 저항 Rth(j-a)이며, 인가 시간이 길어짐에 따라 junction 온도가 상승하고, 200초 정도 지나면 열 포화되어 일정 온도에 도달함을 알 수 있습니다.

예를 들어, 인가 시간 30ms에서 Rth(j-a)는 20ºC/W이므로, 주위 온도 25ºC에서 3W의 전력을 30ms 동안 인가하면 junction 온도는,

가 됨을 알 수 있습니다.

순간적인 전력이 단발적으로 인가되는 경우에는 본 계산으로 junction 온도를 구할 수 있습니다.

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Junction 온도 계산 방법 3 :
케이스 온도로 계산

케이스 온도에서 junction 온도를 구할 수 있습니다.

junction‐케이스간 Rth(j‐c)의 열 저항으로 계산하는 방법입니다.

* 로옴은 표인면의 최고온점의 온도를 방열 온도계로 측정합니다. 측정 방법에 따라 크게 달라지므로 주의하여 주십시오.

** 소비전력이 일정하지 않고, 시간에 따라 변화하는 경우에는 평균 소비전력으로 근사치를 계산합니다.

단, 특히 Rth(j‐c)의 값은 실장 기판이나 soldering 등의 방열 조건에 따라 크게 달라지므로, 당사 표준 기판에서의 측정치가 고객 기판에서와 다른 경우가 많으므로 주의하여 주십시오.

하기 그래프는 기판의 콜렉터 랜드의 면적이 커짐에 따라 Rth(j‐c)가 작아지는 예를 나타냅니다. (콜렉터 랜드의 면적 · 두께 · 재질 이외에 기판의의 재질, 크기, 배선 사이즈 등에 따라서도 달라집니다.)

이와 같이 Rth(j‐c)의 값은 기판 조건 등에 따라 변화하기 쉬우며, 정확한 케이스 온도 측정도 어려우므로, junction 온도를 추정하는 방법으로는 그다지 권장하지 않습니다.

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Junction-케이스간 열 저항 Rth(j-c)에 대하여

Junction-케이스간 열 저항 Rth(j-c)는 원래 TO220 패키지 등의 자립형 디바이스를 방열판에 고정하여 사용하는 경우에 사용하는 값입니다. 이 경우, 케이스－방열판 사이가 주요 방열 경로이므로, 이 경로 도중에서 케이스 온도를 계측함으로써 junction 온도를 정확하게 구할 수 있습니다. 특히 이상적인 방열성을 지닌 방열판 (무한대 방열판)을 사용한다고 가정할 경우 방열 능력을 무한대로 생각하면, 케이스 온도=대기 온도로 하여 (Tc=25ºC 등으로 표현) 케이스 온도=25ºC로서 계산할 수 있습니다. (무한대 방열판의 열 저항 : Rth(c-a)=0이므로, Rth(j-a)=Rth(j-c)가 됩니다.)

그러나, 면실장 타입 디바이스의 경우는 디바이스 밑의 기판으로부터의 방열이 주요 방열 경로이므로 그부분의 케이스 온도를 측정하기는 곤란합니다. 디바이스 표인면의 온도를 측정해도, 방열량 전체에 비해 표인면에서의 방열 비율이 매우 작으므로 junction 온도를 추정하기 위한 값으로는 적합하지 않습니다.

면실장품에 대해서도 Rth(j-c)의 값을 알고자 하는 요구가 많으므로, 당사 표준 기판에 실장 후, 표인면 온도를 측정하여 Rth(j-c)의 값을 제출하는 경우도 있습니다. 이 때의 Rth(j-c)는 당사 표준 기판에 실장한 경우의 특별한 조건하에서의 값입니다. 당사 표준 기판과 다른 기판에 실장한 경우에는 표인면에서의 방열 비율이 달라지므로 Rth(j-c)의 값이 달라져 junction 온도를 추정할 수 없습니다.

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대표적인 패키지의 저항치

• 이 데이터는 특정 LOT의 측정을 바탕으로 작성하였으므로, 참고치로만 활용하여 주십시오.
  (보증치 및 최대 · 최소치가 아닙니다.)
• Rth(j-a)는 실장 기판 및 soldering에 의한 방열 조건이나 온도 측정 방법에 따라 크게 달라지므로, 반드시 참고치로만 활용하여 주십시오.

패키지	VMT3	EMT3	EMT5	EMT6	TUMT3
실장 기판
FR4 기판 치수 (unit：mm)	20×12×0.8	20×15×0.8	20×15×0.8	20×15×0.8	20×12×0.8
Rth(j-a)/ Rth(ch-a)	833°C / W	833°C / W	1042°C / W	1042°C / W	313°C / W
비고	－	－	1소자만 동작 시	1소자만 동작 시	－

패키지	TUMT6	UMT3	UMT5	UMT6	SMT3
실장 기판
FR4 기판 치수 (unit：mm)	15×20×0.8	20×12×0.8	20×15×0.8	15×20×0.8	20×12×0.8
Rth(j-a)/ Rth(ch-a)	313°C / W	625°C / W	1042°C / W	1042°C / W	625°C / W
비고	1소자만 동작 시	－	1소자만 동작 시	1소자만 동작 시	－

패키지	SMT5	SMT6	TSMT3	TSMT5	TSMT6
실장 기판
FR4 기판 치수 (unit：mm)	20×15×0.8	20×15×0.8	30×15×0.8	20×15×0.8	20×15×0.8
Rth(j-a)/ Rth(ch-a)	625°C / W	625°C / W	250°C / W	250°C / W	250°C / W
비고	1소자만 동작 시	1소자만 동작 시	－	1소자만 동작 시	1소자만 동작 시

패키지	SOP8	MPT3	CPT3	SST3
실장 기판
FR4 기판 치수 (unit：mm)	20×20×0.8	12×20×0.8	12×30×0.8	20×12×0.8
Rth(j-a)/ Rth(ch-a)	160°C / W	250°C / W	125°C / W	625°C / W
비고	1소자만 동작 시	－	－	－