芯片结温：电子设备的“体温计”
来源：Aid(艾迪电子)
发布时间：2025-07-28
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关于芯片的结温
在阅读半导体器件的Datasheet时，我们经常可以看到很多温度值，结温度，外壳温度，环境温度等等。如图下：
背景
通常，芯片的结温(Junction Temperature)（Tj）每上升10℃，器件的寿命就会大约减为一半，故障率也会大约增大２倍。Si 半导体在Tj 超过了175℃时就有可能损坏。由此，使用时就必须极力降低Tj，以容许温度（通常80～100℃）为目标进行热量设计。但是，对于功率器件那样的高输出 元件，要把Tj 抑制在容许温度以下其实是比较困难的，所以通常以规格书里揭载的最高容许温度的80%为基准来设计Tj。另外、即使器件的封装相同，根据器件的芯片尺寸、 引线框架的定位尺寸、实装电路板的规格等不同、热阻值也会发生变化，需要特别注意。
定义
半导体封装的热阻是指器件在消耗了１[Ｗ]功率时，用芯片和封装、周围环境之间的温度差按以下公式进行计算。
其中
结温(Tj)的验证方法（ψjt 已知）
用以下的方法可以估算结温(Tj)。
先求IC 的功率(P)。
在实际组装时的环境条件下，用放射温度计或热电偶来测量封装表面温度Tc1。
把测得的Tc1 代入下式后，就可以算出了。
如之前讲述的、推荐以Tj 的最高容许温度的80%为基准来进行热量设计。 注)θja,ψjt 是实装到以JEDEC 规格为基准的电路板上时的数值，但是根据引脚类型的尺寸、电路板的材质和尺寸、电路板上的布线比率的不同，多少会有些变化，要特别注意。
测量结温或芯片温度的方法
1、使用经典结温方程：TJ= TA+ PDϑJA
结温 TJ等于环境温度 TA加上器件功耗 PD与器件热阻 θJA的乘积。
这种计算较为保守，得到的结温大约比实际结温高出 30%～50%，具体情况取决于制造商。
2、使用热电偶
对于较大型封装来说，这种测量方法较为准确；但在较小型封装器件使用时就会遇到问题。例如，SC70 或 SOT 等小型封装贴敷热电偶的面积较小。
即使能在一个封装上贴敷热电偶，热电偶的热质量实际上起到散热器的作用，从器件上吸走部分热量，从而给测量结果带来误差。
3、使用红外照相机
这种方法实际上是测量封装外部的壳温，能够准确地测量较小型封装的芯片温度。在大多数情况下，壳温与结温之差只是几度。
这种方法的缺陷是红外照相机价格往往相当高。
4、利用片上二极管作为温度传感器
这是一种最经济且最准确的方法。从半导体物理学的角度，我们知道在PN结上施加恒流源后，结电压随着温度的变化大约是 -1 mV/°C ～ -2 mV/°C。描绘二极管电压随着温度的变化特征可以使用户测量二极管电压，并很容易地确定芯片温度。其中的窍门找到可以在运算放大器中作为传感器的二极管。
大多数运算放大器无法提供专门的测温二极管，或许可以使现有二极管履行测温功能。
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