La temperatura de unión , abreviatura de temperatura de unión del transistor , [1] es la temperatura de funcionamiento más alta del semiconductor real en un dispositivo electrónico. En funcionamiento, es más alta que la temperatura de la carcasa y la temperatura del exterior de la pieza. La diferencia es igual a la cantidad de calor transferido de la unión a la caja multiplicada por la resistencia térmica de la unión a la caja .
Efectos microscópicos
Varias propiedades físicas de los materiales semiconductores dependen de la temperatura. Estos incluyen la velocidad de difusión de los elementos dopantes , la movilidad de los portadores y la producción térmica de los portadores de carga . En el extremo inferior, el ruido del diodo sensor se puede reducir mediante enfriamiento criogénico. En el extremo superior, el aumento resultante en la disipación de energía local puede provocar una fuga térmica que puede causar una falla transitoria o permanente del dispositivo.
Cálculo de la temperatura máxima de unión
La temperatura máxima de unión (a veces abreviada TJMax ) se especifica en la hoja de datos de una pieza y se usa al calcular la resistencia térmica necesaria entre la caja y el ambiente para una disipación de potencia determinada. Esto, a su vez, se utiliza para seleccionar un disipador de calor apropiado, si corresponde. Otros métodos de enfriamiento incluyen enfriamiento termoeléctrico y refrigerantes .
En los procesadores modernos de fabricantes como Intel , AMD , Qualcomm , la temperatura central se mide mediante una red de sensores. Cada vez que la red de detección de temperatura determina que un aumento por encima de T J es inminente, se aplican medidas como la activación del reloj, el alargamiento del reloj, la reducción de la velocidad del reloj y otras (comúnmente conocidas como estrangulamiento térmico) para evitar que la temperatura aumente aún más. Si los mecanismos aplicados no compensan lo suficiente como para que el procesador permanezca por debajo de la temperatura de unión, el dispositivo puede apagarse para evitar daños permanentes. [2]
Se puede obtener una estimación de la temperatura de la unión del chip, T J , a partir de la siguiente ecuación: [3]
T J = T A + (R θJA × P D ) ...
donde: T A = temperatura ambiente del paquete (° C)
R θJA = unión a resistencia térmica ambiente (° C / W)
P D = disipación de potencia en el paquete (W)
Medición de la temperatura de la unión (T J )
Muchos semiconductores y la óptica que los rodea son pequeños, lo que dificulta la medición de la temperatura de la unión con métodos directos como termopares y cámaras de infrarrojos .
La temperatura de la unión se puede medir indirectamente utilizando la característica inherente de dependencia de voltaje / temperatura del dispositivo. Combinado con una técnica del Joint Electron Device Engineering Council (JEDEC) como JESD 51-1 y JESD 51-51, este método producirá mediciones precisas de Tj. Sin embargo, esta técnica de medición es difícil de implementar en circuitos en serie de múltiples LED debido a los altos voltajes de modo común y la necesidad de pulsos de corriente rápidos y de alto ciclo de trabajo . Esta dificultad puede superarse mediante la combinación de multímetros digitales de muestreo de alta velocidad y fuentes de corriente pulsada rápidas de alta conformidad . [4]
Una vez que se conoce la temperatura de la unión , se puede calcular otro parámetro importante, la resistencia térmica (Rθ) , utilizando la siguiente ecuación:
Rθ = ΔT/(Vf*If)
Temperatura de unión de LED y diodos láser.
La temperatura de unión de un diodo láser o LED (Tj) es un factor determinante para la confiabilidad a largo plazo; también es un factor clave para la fotometría . Por ejemplo, una salida típica de LED blanco disminuye un 20% para un aumento de 50 ° C en la temperatura de la unión. Debido a esta sensibilidad a la temperatura, los estándares de medición de LED, como el LM-85 de IESNA , requieren que la temperatura de la unión se determine al realizar mediciones fotométricas. [5]
El calentamiento de la unión se puede minimizar en estos dispositivos mediante el método de prueba de pulso continuo especificado en LM-85. Un barrido de LI realizado con un LED amarillo Osram muestra que las mediciones del método de prueba de pulso único producen una caída del 25% en la salida de flujo luminoso y las mediciones del método de prueba de CC producen una caída del 70%. [6]
Ver también
Referencias
- ↑ Sabatier, Jocelyn (6 de mayo de 2015). Diferenciación de orden fraccional y diseño de control robusto: CRONE, H-infinity y Motion Control . Saltador. pag. 47. ISBN 9789401798075.
- ^ Rudolf Marek, "Hoja de datos: Arquitecturas Intel 64 e IA-32", Manual del desarrollador de software Vol.3A: Guía de programación del sistema
- ^ Vassighi, Arman; Sachdev, Manoj (2006). Gestión Térmica y Energética de Circuitos Integrados . Circuitos y sistemas integrados. ISBN 9780387257624.
- ^ "Medición de la temperatura de unión de LED (Tj) - Vektrex" . Vektrex . 2017-01-06 . Consultado el 17 de octubre de 2017 .
- ^ "Productos y Soluciones de Medidas Térmicas - Vektrex" . Vektrex . Consultado el 17 de octubre de 2017 .
- ^ "Tres pasos para mejorar las mediciones de luz LED: precisión - Vektrex" . Vektrex . Consultado el 17 de octubre de 2017 .