Температура перехода (junction temperature, Tⱼ) — это параметр надёжности полупроводникового прибора (semiconductor device), представляющий собой фактическую температуру p-n перехода (p-n junction) внутри активного кристалла (die). Данная температура непосредственно определяет электрические характеристики (electrical characteristics), срок службы (lifetime) и вероятность отказов (failure rate) компонента. Управление Tⱼ является одной из основных задач теплового расчёта (thermal management) в электронике.
Физические основы и значение
Температура перехода формируется в результате баланса между тепловой мощностью, рассеиваемой на переходе при протекании тока (Power Dissipation, P_d), и эффективностью отвода этого тепла в окружающую среду через корпус (package) и систему теплоотвода (heat sink). Повышение Tⱼ сверх предельно допустимого значения, указанного в спецификации компонента (datasheet), приводит к ускоренной деградации (degradation) полупроводниковой структуры, изменению рабочих параметров (например, коэффициента усиления, порогового напряжения) и, в конечном итоге, к тепловому пробою (thermal runaway).
Влияние на проектирование и производство печатных плат
Для контрактного производителя, осуществляющего сборку устройств с мощными компонентами, косвенный контроль условий, влияющих на Tⱼ, является частью обеспечения качества.
Проектирование печатной платы (PCB design).
Тепловой режим компонента напрямую зависит от конструкции печатной платы. Наличие тепловых переходных отверстий (thermal vias), медных полигонов (copper pours) и теплорассеивающих площадок (thermal pads) в слоях платы критически важно для снижения теплового сопротивления «кристалл-среда» (junction-to-ambient thermal resistance, Rθⱼₐ). Рекомендации по проектированию содержатся в стандартах IPC-2221 и IPC-2222.
Качество паяных соединений (solder joint quality).
Надёжный термический контакт между корпусом компонента и платой обеспечивается качественными паяными соединениями. Холодные пайки (cold solder joints), пустоты (voids) или недостаточное количество припоя под теплоотводящей площадкой (thermal pad) приводят к увеличению теплового сопротивления и, как следствие, к росту Tⱼ. Контроль качества этих соединений осуществляется по IPC-A-610.
Выбор материалов и процессов.
При сборке высоконадёжных изделий (класс 3 по IPC-A-610) может требоваться использование теплопроводящих интерфейсных материалов (thermal interface materials, TIM) или специальных паяльных паст с повышенной теплопроводностью.
Таким образом, хотя температура перехода является внутренним параметром компонента, её стабильность и безопасный уровень напрямую зависят от корректности проектирования печатной платы и качества выполнения технологических операций при контрактном производстве.
Источники: IPC-T-50 (Terms and Definitions), IPC-2221, IPC-2222, IPC-A-610. Прямое определение термина также содержится в отраслевых стандартах JEDEC (например, JESD51-1).