Junction temperature

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접합 온도(Junction temperature)는, 트랜지스터 접합 온도(transistor junction temperature)의 줄임말이며, 전자 장치에서 실제 반도체의 최고 작동 온도입니다. 작동에서, 그것은 케이스 온도와 부품의 외부 온도보다 더 높습니다. 차이는 접합부에서 케이스로 전달되는 열의 양에 접합부-에서-케이스 열 저항을 곱한 것과 같습니다.

Microscopic effects

반도체 재료의 다양한 물리적 속성은 의존적입니다. 이것들은 도펀트 요소의 확산율, 캐리어 이동성(carrier mobilities) 및 전하 캐리어의 열 생성을 포함합니다. 로우 엔드에서, 센서 다이오드 노이즈는 극저온 냉각을 의해 줄여질 수 있습니다. 하이 엔드에서, 지역적 전력 손실의 결과적인 증가는 일시적 또는 영구적 장치 오류를 일으킬 수 있는 열 폭주로 이어질 수 있습니다.

Maximum junction temperature calculation

최대 접합 온도(Maximum junction temperature, 때때로 TJMax로 축약됨)는 부품의 데이터시트에 지정되어 있고 주어진 전력 손실에 필요한 케이스-에서-주변 열 저항을 계산할 때 사용됩니다. 이것은 차례로 만약 적용할-수-있으면 적절한 방열판을 선택하기 위해 사용됩니다. 다른 냉각 방법은 열전기 냉각 및 냉각제를 포함합니다.

Intel, AMD, Qualcomm과 같은 제조업체로부터 현대 프로세서에서, 코어 온도는 센서의 네트워크에 의해 측정됩니다. 매 순간 온도 감지 네트워크는 TJ 이상의 상승이 임박했음을 결정하고, 클럭 게이팅, 클럭 스트레칭, 클럭 속도 감소 및 기타와 같은 측정 (공통적으로 열 트라들링으로 참조됨)은 그 이상의 상승하는 온도를 막기 위해 적용됩니다. 만약 적용된 메커니즘이 프로세서에 대해 접합 온도 아래로 유지될 만큼 충분히 보정되지 않으면, 그 장치는 영구적인 손상을 방지하기 위해 종료될 수 있습니다.

칩-접합 온도, TJ의 추정치는 다음 방정식에서 얻어질 수 있습니다:

\(\quad\)\(T_J = T_A + ( R_{\theta J A} \times P_D ) \)

여기서: \(T_A\) = 패키지에 대해 주변 온도 ( °C )

\(R_{\theta J A}\) = 접합에서 주변으로 열 저항 ( °C / W )

\(P_D\) = 패키지에서 전력 손실 (W)

Measuring junction temperature (\(T_J\))

많은 반도체와 그들의 주변 광학 장치는 작아서, 열전기쌍(thermocouples) 및 적외선 카메라(infrared cameras)와 같은 직접적인 방법으로 접합 온도를 측정하기가 어렵습니다.

접합 온도는 장치의 고유한 전압/온도 종속성 특성을 사용하여 간접적으로 측정될 수 있습니다. JESD 51-1 및 JESD 51-51과 같은 공동 전자 장치 공학 협의회(Joint Electron Device Engineering Council, 줄여서 JEDEC) 기술과 결합된, 이 방법은 정확한 Tj 측정을 생성할 것입니다. 어쨌든, 이 측정 기술은 높은 공통 모드 전압과 빠르고, 높은 듀티 사이클(duty cycle) 전류 펄스에 대해 필요성에 기인하여 다중-LED 직렬 회로(series circuits)에서 구현하기가 어렵습니다. 이러한 어려움은 고속 샘플링 디지털 멀티 미터와 빠른 고-준수 펄스 전류 소스(current sources)를 결합함으로써 극복될 수 있습니다.

한번 접합 온도가 알려지면, 또 다른 중요한 매개변수, 열 저항(thermal resistance, \(R_{\theta}\))는 다음 방정식을 사용하여 계산될 수 있습니다: \(R_{\theta} = \Delta T / (V_f*I_f)\)