Wat is Thermische weerstand?

Grootheid die aangeeft hoe moeilijk warmte wordt doorgegeven, in eenheden van °C/W. De temperatuurstijging volgt uit het opgewekte vermogen maal de thermische weerstand. Die van de chipjunctie naar de omgevingslucht wordt θJA genoemd.

Japanse benaming: 熱抵抗

“Thermische weerstand” komt voor in 5 oefenvragen uit 3 onderwerpen, bijv. Vermogenshalfgeleiders, Energiebeheer (softwaregestuurd), Bipolaire transistor.

Vakgebied: Packaging en montage

Nu oefenen: vragen over Thermische weerstand

Hoe groot is de temperatuurstijging wanneer in een vermogenscomponent met een thermische weerstand van 2 °C/W een verlies van 10 W optreedt?

  1. A5 °C
  2. B12 °C
  3. C20 °C
Antwoord en toelichting tonen

Antwoord: C. 20 °C

De temperatuurstijging is thermische weerstand × verlies, dus 2 °C/W × 10 W = 20 °C. Bij een omgevingstemperatuur van 50 °C is de junctietemperatuur dan 70 °C. In werkelijkheid zijn de thermische weerstanden chip → behuizing → koellichaam → lucht in serie geschakeld, dus ze worden bij elkaar opgeteld. Thermische weerstand kan net als weerstand in een elektrisch circuit worden behandeld (wet van Ohm voor warmte) en is de basis van het koelontwerp om de junctietemperatuur onder de bovengrens te houden.

Op een CPU met een vermogensverbruik van 50 W is een koeler met een thermische weerstand van 0,5 K/W geplaatst. Hoeveel °C warmer dan de omgevingslucht wordt de chip ongeveer (andere warmtepaden worden verwaarloosd)?

  1. Aca. 100 °C
  2. Bca. 25 °C
  3. Cca. 0,01 °C
Antwoord en toelichting tonen

Antwoord: B. ca. 25 °C

Thermische weerstand geeft aan met hoeveel graden de temperatuur stijgt bij 1 W warmtestroom, en de temperatuurstijging wordt bepaald met vermogen × thermische weerstand. 50 W × 0,5 K/W = 25 K, dus bij een omgeving van 25 °C wordt de chip ca. 50 °C. Als het vermogen verdubbelt, verdubbelt ook de temperatuurstijging, dus uit de toelaatbare temperatuur worden de bovengrens van het bruikbare vermogen en de benodigde koelerprestaties teruggerekend.

“Thermische weerstand” in de toelichting

Vragen met “Thermische weerstand” (5)

  1. Hoe groot is de temperatuurstijging wanneer in een vermogenscomponent met een thermische weerstand van 2 °C/W een verlies van 10 W optreedt?
  2. Op een CPU met een vermogensverbruik van 50 W is een koeler met een thermische weerstand van 0,5 K/W geplaatst. Hoeveel °C warmer dan de omgevingslucht wordt de chip ongeveer (andere warmtepaden worden verwaarloosd)?
  3. Hoeveel bedraagt het collectorverlies van een transistor die werkt bij een collector-emitterspanning van 5 V en een collectorstroom van 100 mA?
  4. Wat is het belangrijkste doel van het aanbrengen van een koellichaam (heatsink) op een vermogenscomponent?
  5. Welke storing is typisch bij de “power-cycling-test”, waarbij een vermogensmodule herhaaldelijk temperatuurstijging en -daling ondergaat?

Verwante termen

Schakelverlies Backgrinding BGA CSP (chip scale package) Dicing Die bonding Flip-chip Leadframe Reflow-solderen Underfill

Naar de woordenlijst