Sperrschichttemperatur-Rechner für Halbleiter

Er nutzt den üblichen Zusammenhang zwischen Wärmestrom und Temperaturanstieg und gibt sowohl die berechnete Sperrschichttemperatur als auch deren Anstieg gegenüber der Umgebung aus. Verwenden Sie ihn für schnelle Auslegungsprüfungen von integrierten Schaltungen, Leistungstransistoren, Dioden, Reglern, LEDs und anderen Bauteilen, deren Zuverlässigkeit davon abhängt, dass die innere Sperrschicht unter ihrem Grenzwert bleibt.

Geben Sie Werte für den vollständigen Wärmepfad ein

Beginnen Sie mit der tatsächlich im Halbleiter in Wärme umgesetzten Leistung in Watt, nicht mit der Lastleistung oder der an einen anderen Schaltungsteil gelieferten Leistung. Bei einem Linearregler lässt sich die Verlustleistung näherungsweise aus Spannungsabfall mal Strom bestimmen. Bei einem Schaltbauteil können Leit- und Schaltverluste dazugehören. Geben Sie die Umgebungstemperatur in Grad Celsius am Ende des Wärmepfads und den gesamten Wärmewiderstand Sperrschicht-Umgebung in °C/W ein. Dieser Gesamtwert muss den untersuchten Aufbau beschreiben: entweder als Datenblattwert oder als Summe aus Sperrschicht-Gehäuse-, Kontakt- und Kühlkörper-Umgebungs-Widerstand. Addieren Sie einen veröffentlichten Sperrschicht-Umgebungs-Wert nicht zusätzlich zu diesen Stufen, denn er stellt unter den angegebenen Prüfbedingungen bereits den vollständigen Pfad dar. Luftstrom, Kupferfläche, Leiterplattenaufbau, Anpressdruck und Gehäusetemperatur beeinflussen den effektiven Widerstand.

Verstehen Sie Berechnung und Einheiten

Der Rechner verwendet die stationäre Gleichung Tj = Ta + P × Rθ. Dabei ist Tj die Sperrschichttemperatur, Ta die Umgebungstemperatur, P die Verlustleistung und Rθ der gesamte Wärmewiderstand. Watt multipliziert mit Grad Celsius pro Watt ergibt einen Temperaturanstieg in Grad Celsius, der zur Umgebungstemperatur addiert wird. Ein Wert in K/W ist für diese Rechnung numerisch gleich. Verdeckte Sicherheitsfaktoren werden nicht angewendet. Beispielsweise erzeugen 2.5 W über 40 °C/W einen Anstieg von 100 °C; bei 25 °C Umgebung ergibt sich eine Schätzung von 125 °C. Null Leistung erzeugt keinen Anstieg, während null Wärmewiderstand als idealer Grenzfall zulässig ist. Negative Leistungs- oder Widerstandswerte werden abgelehnt, da dieses Modell die Wärme eines Bauteils auf einem passiven Wärmepfad beschreibt.

Nutzen Sie das Ergebnis als Auslegungsschätzung

Vergleichen Sie die berechnete Temperatur mit der maximal zulässigen Sperrschichttemperatur und vor allem mit einem niedrigeren Auslegungsziel, das Zuverlässigkeitsreserve bietet. Ein Wert unter dem absoluten Maximum bedeutet nicht automatisch eine robuste Konstruktion. Toleranzen, schwankende Verluste, blockierter Luftstrom, Staub, warme Nachbarbauteile, alternde Wärmeleitmaterialien und Messfehler können die reale Temperatur erhöhen. Prüfen Sie realistische ungünstigste Kombinationen aus maximaler Umgebung, höchster erwarteter Verlustleistung und ungünstigem Wärmewiderstand. Die Gleichung beschreibt das thermische Gleichgewicht und keine kurzen Impulse, Einschaltvorgänge oder zeitlichen Verläufe. Dafür benötigen Sie eine transiente thermische Impedanzkurve oder ein RC-Modell des Herstellers. Kombinieren Sie einen Sperrschicht-Gehäuse-Widerstand mit dem restlichen Pfad, bevor Sie die Umgebungstemperatur einsetzen, und validieren Sie kritische Entwürfe mit Datenblattangaben und Messungen.