MOSFET的热阻和容许损耗：可背面散热的封装

设计电路时，MOSFET热计算是必不可少的项目，尤其是对于处理大功率的功率元器件而言，不仅从工作寿命的角度看很重要，从安全性方面看也非常重要。此次将用两篇文章对MOSFET的容许损耗和热阻进行解说。本文介绍可背面散热的MOSFET封装，下一篇文章将介绍不可背面散热的MOSFET封装。

*可背面散热封装的热阻

关于像TO-220FM和TO-247等可带散热器的封装、TO-252和TO-263等可将背面引脚安装在电路板上的封装，这些可从背面散热的封装，其热阻的术语和定义如下：

·      TA ：周围（环境）温度

· TJ ：结温

· TC ：封装背面温度

· TT ：封装标印面温度

· RthJA（θJA）：结点与周围（环境）间的热阻

· RthJC（θJC）：结点与封装背面间的热阻

可从背面散热的封装由引线框架（图中的Frame）、芯片和引线框架的键合面（Die Bonding）、MOSFET芯片（Chip）及树脂封装（Mold）构成基本结构。前面符号说明中的“结点”是指PN结，简单地说是芯片。

另外，下表是TO-247封装Nch MOSFET的技术规格书中给出的绝对最大额定值和热阻示例。由于TJ被规定了绝对最大额定值，因此在热计算中，根本底线是不超过TJ的绝对最大额定值（有时也用“TJMAX”表示）。作为热阻值，通常会给出基本的RthJA值、以及使封装背面紧密贴装在实装电路板或散热器时的热计算所需的RthJC值。

*热阻和容许损耗之间的关系

前面的绝对最大额定表中给出了容许损耗PD。PD和热阻RthJC的关系如以下公式所示：

将最大额定值150℃代入TJ，将容许损耗值的条件25℃代入TC，将最大值0.26℃/W代入RthJC。*如注4所示，RthJC是在TC＝25℃条件下的值，因此符合PD的规定条件。计算结果约为480W，即表中所示的PD的值。

该公式更易懂的解释是，TJ的绝对最大额定值和TC的差即芯片自身的发热容许值。在上述条件下，150－25＝125℃，即芯片的容许发热量为125℃以下。发热量=热阻×功耗，因此可容许的发热量除以热阻，即可计算出容许的功耗，即容许损耗。

在这里有一点需要事先了解：提供的RthJC是带有TC＝25℃的条件的。换言之，如果TC不是25℃，那么RthJC就不是0.26℃/W。考虑到实际的使用条件，TC通常不会正好是25℃，因此技术规格书中作为示例给出的RthJC值并不适用于实际使用条件下的热计算。虽然技术规格书中给出了示例值，但实际上却无法使用，这会让很多人感觉到矛盾。众所周知，在多数情况下，需要特定条件来指定规格值，无论是这项热阻值，还是技术规格书中的其他规定值，都是在特定条件下的值。

因此，如果要使用RthJC求实际使用条件下的容许损耗，就需要测量并掌握相应条件下的RthJC。然而，这就需要相应的检测设备和环境构建。

另一种方法是通过RthJA求得。TJ和RthJA的关系可通过以下公式表示：

P是电力损耗（功耗）。括号内是芯片的自身发热量，加上环境温度TA即得出TJ值。由于此次使用的是RthJA，请按照已将前面给出的公式中的TC替换为TA来思考。通过该计算，来调整功率损耗P或TA，以确保T_J不超过绝对最大额定值150℃。

如果要通过该公式来计算，就需要掌握环境温度、MOSFET的功率损耗以及RthJA值。环境温度和MOSFET功率损耗相对容易掌握。此类封装的RthJA值因安装电路板封装背面的焊盘面积、铜箔厚度、电路板的材质及层数而异。有时可以获得MOSFET在标准的电路板条件下安装时的RthJA值。

关键要点:

・在MOSFET热计算中，通过各种热阻、功率损耗求得TJ，以确认未超过TJ的绝对最大额定值。

・容许损耗是在TJ不超过绝对最大额定值前提下的功率损耗的反向计算值。

・需要注意规定标准值、绝对最大额定值等值时的条件。