Tvj

一般來講，結溫Tvj是指芯片“結”區域的溫度，是與模塊結殼熱阻以及損耗相關的一個量。由于芯片的溫度分布是不均勻的，在多芯片并聯的模塊中，不能準確表述某個芯片的溫度，同時該溫度也不能直接測量。因此，該變量被定義成“Tvj(虛擬結溫)”，用以衡量一個或多個芯片的平均溫度。虛擬結溫的Tvj的引入也是為了定義結殼熱阻，同時在基于結殼熱阻的物理模型以及散熱器（Heatsink）的條件下，來評估模塊的安全工作溫度。

Tvj(max)

Tvj(max)是規格書中更常見的參數。一般是指在開通狀態下允許的最高結溫。用于定義最大耗散功率，即當模塊通過直流電流時產生最大耗散功率的安全結溫上限。對于一些暫態的溫度升高，也是不允許超過該值的。

Tvj(op)

Tvj(op)算是最重要的一個參數了，一般是指在考慮實際的應用工況情況下，主要是開關因素，或者其他因素等情況下，保證產品可靠應用的溫度的范圍（上限以及下限）。其中瞬態開關的結溫超過Tvj(op)是允許的，或者說Tvj(op)的定義已經把瞬態溫升考慮進來了。

根據上面Tvj(max)的定義可以得出一個結論就是Tvj(max)>Tvj(op)，Tvj(op)是要小于Tvj(max)的，一般來講我們看到很多芯片這兩個參數的特點也都這樣，比如Tvj(max)=175℃，Tvj(op)=150℃；或者Tvj(max)=150℃，Tvj(op)=125℃。同時，一般而言在開關瞬間，結溫是可以超過Tvj(op)的，但是不允許超過Tvj(max)。Tvj既然是平均溫度，意味著芯片上會有溫度高的點和溫度低的點。賽米控的AN里給出了一個芯片的熱力圖來描述這個特點，如下圖。對于下圖中的芯片，其最高點的溫度達到了117.8℃，最低點的溫度為76℃。根據Tvj的定義，這個芯片測量到的結溫Tvj可能在96℃左右，比最高溫度低了超過20℃。

這樣可以看出，芯片的最高溫度和Tvj還是有不小的差距。同時隨著尺寸的增加，該差距還有可能進一步增加。我們知道目前很多芯片的Tvj(max)都達到了175℃。而上面提到芯片最熱點的溫度是要比Tvj要高出不少的，這就意味著，模塊的結溫在175℃的時候，最熱點的溫度會是更高的，應該能達到200℃甚至更高。

· 短路的時候，瞬間的結溫會超過175℃嗎，可以超過Tvj(max)嗎？

短路時刻的瞬態溫度是可以超過175℃的，而且也是容易超過175℃的。Tvj超過200度也是很輕松的事情。同時對于比較薄的低壓器件，這個溫度值會更高。當然這種工況是不受歡迎的，應該也是對壽命有影響的。英飛凌在其規格書中指出芯片在整個壽命周期中短路工況要小于一定的次數(一般是小于1000次，間隔大于1s)。也有廠商認為，短路時，其實芯片已經進入潛在失效模式了。如果產品能扛得住，同時滿足壽命周期內抗住一定的次數那產品就是合格的。

· 一些模塊的Tvj(op)是等于Tvj(max)的，不需要留余量了嗎?

是的，有不少產品的Tvj(op)都到了175℃，英飛凌的汽車級產品HPD系列模塊，富士的M653，丹佛斯的DCM1000系列模塊，都把Tvj(op)標到了175℃。都是跟Tvj(max)是相等的。那如果我把模塊真的用到那么高的結溫豈不是很危險？是的，是很危險的。這個問題其實是安全裕量的問題。Tvj(max)=175℃，Tvj(op)=150℃的模塊這中間的25℃裕量是模塊廠家自我設定的，對于模塊在實際開關工況應用下的一個安全范圍，可能考慮了壽命，短路溫升等情況。而當前很多Tvj(max)=175℃，Tvj(op)=175℃的模塊其實就是從可靠性，壽命等方面有了提升可以保證模塊可以工作到更高的結溫175℃。比如丹佛斯汽車級模塊DCM1000平臺的產品采用DBB技術，對于降低短路溫升以及提高功率循環能力都有非常好的表現。因此其規格書中標注的Tvj(op)是175℃。DBB技術對芯片表面溫度分布的改善這一點，對于其產品在保證可靠性的前提下提高工作結溫(Tvjop=175℃)應該也是起著非常重要的作用。當然，我們一般也會在廠家給出的參數基礎條件下設計一定的降額來提高產品的可靠性，和增加安全余量。這也是為什么最高結溫不超過125℃成為了一個為人熟知指導數值。它是在150℃的基礎上，從應用的角度保留了25℃的安全裕量。這個裕量其實可大可小，設計能力好，驗證的足，10℃的裕量那也是夠的。回過頭來對于Tvj(op)等于175℃的模塊，同樣，系統設計最高運行結溫到150℃，160℃，甚至170℃，也都是可行的。

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原文始發于微信公眾號（艾邦半導體網）：功率模塊的結溫介紹