درجة حرارة الوصلة

درجة حرارة الوصلة ، أو اختصارًا درجة حرارة وصلة الترانزستور ، ^{[ 1 ]} هي درجة حرارة أشباه الموصلات الفعلية في الجهاز الإلكتروني. أثناء التشغيل، تكون هذه الدرجة أعلى من درجة حرارة الغلاف الخارجي للجهاز. ويساوي الفرق بينهما كمية الحرارة المنتقلة من الوصلة إلى الغلاف مضروبة في المقاومة الحرارية بين الوصلة والغلاف .

تعتمد العديد من الخصائص الفيزيائية لمواد أشباه الموصلات على درجة الحرارة. وتشمل هذه الخصائص معدل انتشار عناصر التطعيم ، وحركية حاملات الشحنة ، والإنتاج الحراري لحاملات الشحنة . عند درجات الحرارة المنخفضة، يمكن تقليل ضوضاء ثنائيات الاستشعار عن طريق التبريد المبرد . أما عند درجات الحرارة العالية، فقد تؤدي الزيادة الناتجة في تبديد الطاقة الموضعي إلى انهيار حراري قد يتسبب في عطل مؤقت أو دائم للجهاز.

تُحدد درجة حرارة الوصلة القصوى (يُشار إليها أحيانًا بالاختصار TJMax ) في ورقة بيانات القطعة، وتُستخدم عند حساب المقاومة الحرارية اللازمة بين الغلاف والمحيط لتبديد طاقة مُحدد. ويُستخدم هذا بدوره لاختيار مُشتت حراري مُناسب ، إن وُجد. تشمل طرق التبريد الأخرى التبريد الكهروحراري والمُبردات .

في المعالجات الحديثة من شركات مصنعة مثل إنتل ، وإيه إم دي ، وكوالكوم ، تُقاس درجة حرارة النواة بواسطة شبكة من أجهزة الاستشعار. في كل مرة تحدد فيها شبكة استشعار درجة الحرارة أن ارتفاعًا فوق درجة حرارة الوصلة المحددة (${\displaystyle T_{J}}$عندما يكون ارتفاع درجة الحرارة وشيكًا، تُطبَّق إجراءات مثل التحكم في تردد الساعة ، وتمديد تردد الساعة، وخفض سرعة الساعة، وغيرها (المعروفة باسم الخنق الحراري) لمنع ارتفاع درجة الحرارة أكثر. إذا لم تكن الآليات المُطبَّقة كافية لتعويض المعالج عن درجة حرارة الوصلة، فقد يتم إيقاف تشغيل الجهاز لمنع حدوث تلف دائم. ^{[ 2 ]}

تقدير درجة حرارة وصلة الشريحة${\displaystyle T_{J}}$يمكن الحصول عليها من المعادلة التالية: ^{[ 3 ]}

${\displaystyle T_{J}=T_{A}+(R_{\theta JAB_{D})}$

أين: ${\displaystyle T_{A}}$= درجة الحرارة المحيطة للعبوة [°م]

${\displaystyle R_{\theta JA}}$= المقاومة الحرارية من الوصلة إلى المحيط [°م / واط]

${\displaystyle P_{D}}$= تبديد الطاقة في العبوة [واط]

العديد من أشباه الموصلات والبصريات المحيطة بها صغيرة، مما يجعل من الصعب قياس درجة حرارة الوصلة باستخدام الطرق المباشرة مثل المزدوجات الحرارية وكاميرات الأشعة تحت الحمراء .

يمكن قياس درجة حرارة الوصلة بشكل غير مباشر باستخدام خاصية اعتماد الجهاز على الجهد/درجة الحرارة. وبالاقتران مع تقنية مجلس هندسة الأجهزة الإلكترونية المشترك (JEDEC) مثل JESD 51-1 وJESD 51-51، ستنتج هذه الطريقة قراءات دقيقة.${\displaystyle T_{J}}$القياسات. مع ذلك، يصعب تطبيق تقنية القياس هذه في دوائر التوصيل المتعددة للثنائيات الباعثة للضوء (LED) نظرًا لارتفاع جهد الوضع المشترك والحاجة إلى نبضات تيار سريعة ذات دورة تشغيل عالية. يمكن التغلب على هذه الصعوبة من خلال الجمع بين أجهزة قياس رقمية متعددة عالية السرعة ومصادر تيار نبضي سريعة وعالية التوافق . ^{[ 4 ]}

بمجرد معرفة درجة حرارة الوصلة، يمكن حساب معلمة مهمة أخرى، وهي المقاومة الحرارية (Rθ) ، باستخدام المعادلة التالية:

${\displaystyle R_{\theta }={\frac {\Delta T}{V_{f}I_{f}}}}$

• منطقة تشغيل آمنة
• تقاطع PN
• وصلة معدنية شبه موصلة