op_what11(溫度特性)

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什麼是運算放大器? 溫度特性

 

工作溫度範圍

工作溫度範圍是能讓IC維持應有的功能、正常運作的範圍。
IC會因為溫度而改變其特性。
因此,沒有另外說明時,並非在25℃時能保證所規定之規格值。
溫度範圍列入保證項目,有全溫度範圍保證項目。
這個是在工作溫度範圍內,考量IC特性變動後的規格值。

最大接面溫度(Maximum junction temperature)・保存溫度範圍

最大接面溫度(maximum junction temperature)為半導體作動時最高的溫度,另外junction是指PN接面。
晶片溫度高於所規定的最大接面溫度時,半導體的結晶會產生許多電子電孔對,元件會無法正常運作。
因此,考慮到IC消耗功率產生的熱能與周圍溫度來使用及需要熱設計。
最大接面溫度由製程技術決定。
保存溫度範圍是IC沒有作動時,即在沒有消耗功率時保存環境的最大溫度。
一般與最大接面溫度數值相同。

總功率消耗

總功耗PD為周圍溫度Ta=25℃(常溫)下,IC可以消耗的功率, IC消耗功率時本身會發熱,晶片的溫度會比環境溫度高。
晶片可額定的溫度由最大接面溫度決定,所以可以消耗的功率受到熱降額曲線(derating curve)的限制。
以封裝內的IC晶片可額定溫度(最大接面溫度)和封裝熱阻(散熱性),來決定25℃時的功耗。
另外,接面溫度的最大值由製程技術決定。

IC功率消耗所產生的熱,透過封裝的封裝樹脂或導線架等來散熱。
用來表示散熱性(熱釋放的難度)的參數為熱阻,用θj-a[℃/W]符號表示。
可以從熱阻來推算封裝內部的IC之溫度。
下圖為封裝的熱阻模型。θj-a為晶片-外殼(封裝)之間的熱阻θj-c,與外殼(封裝)-環境間的熱阻θc-a之總和。
已知熱阻θj-a、環境溫度Ta、消耗功率P,可以用下面公式求出接面溫度。

Tj = Ta + θj-a × P [W]

下圖為熱降額曲線(derating curve)的例子。
這個曲線是在某環境溫度下,IC可能消耗功率的圖表,表示在不超過IC晶片的額定溫度下,可以消耗的功率。
以MSOP8的晶片溫度為例。
此IC的保存溫度範圍是-55[℃]~150[℃],晶片的最大額定溫度為150[℃]。MSOP8的熱阻為θj-a≒212.8[℃/W],此IC在Ta=25[℃]下消耗0.58[mW]的功率,此時的接面溫度為

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

這已經達到晶片的最大額定溫度,所以可知不能有更多的消耗功率。
熱降額曲線的每1[℃]的降額值是以熱阻的倒數決定。
因此,為SOP8 : 5.5[mW/℃]  SSOP-B8 : 5.0[mW/℃]
MSOP8 : 4.7[mW/℃]

[PDF]運算放大器・比較器的基礎

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