Plaques de Refroidissement à Structures Internes
Refroidisseurs liquides avec structures de canaux ou de broches fraisées ou insérées. (...)
Calculer la température de jonction
La température de jonction Tj détermine la durée de vie et la fiabilité des semi-conducteurs. Ce calculateur vous donne Tj à partir de la puissance dissipée, de la résistance thermique totale et de la température d'entrée ou ambiante, et indique immédiatement si votre refroidissement suffit.
Pourquoi la température de jonction est la valeur critique
Toute hausse de la température de fonctionnement réduit sensiblement la durée de vie d'un semi-conducteur. En règle générale, une hausse de seulement 10 Kelvin réduit déjà de moitié la durée de vie attendue. Tant que la température de jonction reste sous la limite du fabricant, le composant fonctionne de manière fiable. Au-delà de la limite, on risque perte de performance, vieillissement prématuré et défaillance.
Calculateur de température de jonction
Facultatif. Saisissez la limite du datasheet pour voir directement votre marge de sécurité.
Formule et calcul
La température de jonction résulte de la puissance dissipée, de la résistance thermique totale entre la jonction et le fluide, et de la température ambiante ou d'entrée.
Tj = Pv · Rth + T0 La température de jonction est la somme de l'échauffement dû à la puissance dissipée et de la température de départ du fluide.
Rth = Rth(J−C) + Rth(C−B) + Rth(B−H) + Rth(H−A) La résistance thermique totale est la mise en série de toutes les transitions, de la jonction au dissipateur en passant par le boîtier et le matériau d'interface thermique.
Marge = Tj,max − Tj L'écart par rapport à la limite du datasheet indique la marge de sécurité de votre conception.
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Exemple de calcul
Un IGBT dissipe 150 W. La résistance thermique totale de la jonction au fluide est de 0,25 K/W et la température d'entrée du liquide de refroidissement est de 40 °C. Le fabricant autorise une température de jonction maximale de 150 °C.
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Pv = 150 W, Rth = 0,25 K/W, T0 = 40 °C -
Tj = 150 W · 0,25 K/W + 40 °C -
Tj = 37,5 K + 40 °C = 77,5 °C -
Marge = 150 °C − 77,5 °C = 72,5 K
À 77,5 °C, la température de jonction reste nettement sous la limite. La conception offre une marge confortable de 72,5 K.
Limites typiques de la température de jonction
La température de jonction maximale autorisée dépend du type de semi-conducteur. Les valeurs indicatives suivantes aident à une première évaluation. Le datasheet du fabricant fait toujours foi.
| Composant / technologie | Tj,max typique | Remarque |
|---|---|---|
| Silicium (Si) standard | 150 °C | Courant pour diodes et MOSFET. |
| IGBT silicium | 150 à 175 °C | Modules modernes souvent spécifiés jusqu'à 175 °C. |
| Carbure de silicium (SiC) | 175 à 200 °C | Températures et fréquences de commutation plus élevées possibles. |
| Nitrure de gallium (GaN) | 150 à 175 °C | Forte densité de puissance sur un faible encombrement. |
| LED (haute puissance) | 125 à 150 °C | Le flux lumineux et la durée de vie baissent quand Tj augmente. |
| Processeurs / logique | 100 à 125 °C | Le throttling protège contre la surchauffe. |
Valeurs indicatives à titre d'orientation. La limite contraignante figure dans le datasheet du composant concerné.
Calculateurs et notions associés
Questions fréquentes sur la température de jonction
La température de jonction, ou Tj, est la température au niveau même de la zone active d'un semi-conducteur. C'est la valeur critique pour la fiabilité et la durée de vie, car elle est plus élevée en fonctionnement que la température du boîtier ou ambiante.
Tj résulte de Tj = Pv · Rth + T0. Ici Pv est la puissance dissipée, Rth la résistance thermique totale de la jonction au fluide, et T0 la température ambiante ou d'entrée.
La limite dépend du composant. Le silicium standard est généralement à 150 °C, le SiC de 175 à 200 °C, les LED souvent de 125 à 150 °C. Le datasheet du fabricant fait toujours foi.
Si la limite est dépassée, le composant vieillit plus vite, perd en performance et peut défaillir dans les cas extrêmes. En règle générale, une hausse de 10 Kelvin réduit de moitié la durée de vie.
En réduisant la résistance thermique totale : de meilleurs matériaux d'interface thermique, des surfaces de contact plus grandes, des chemins de chaleur plus courts et surtout un refroidissement plus performant, par exemple un refroidissement liquide plutôt qu'un refroidissement par air.
La température du boîtier est mesurée à l'extérieur du composant. La température de jonction est plus élevée, car il existe une résistance thermique supplémentaire entre la zone active et le boîtier. C'est Tj qui est déterminante pour la conception.
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