열저항(Thermal Resistance)에 대한 이론, 계산, 반도체 소자 열저항

안녕하세요, 엔지니어 블로그의 글렌입니다.

오늘은 열저항에 대해 알아보는 시간을 가져보겠습니다.

 

열저항은 특정 물질의 열 전달을 방해하는 성질을 나타냅니다.

즉, 열저항이 클수록 열의 흐름(전도)가 낮습니다.

 

열저항이 크다 = 열의 흐름이 원활하지 않다

열저항이 작다 = 열의 흐름이 원활하다

 

그렇다면, 반도체 소자에서 열저항은 어떠한 파라미터로 인식될 수 있을까요?

정답은 열저항이 클수록 불리하다는 것입니다. (반비례)

 

반도체 소자는 내부에서 발생되는 열을 케이스에 접촉하여 방출하는 것이 일반적인 냉각 방식입니다.

따라서 열저항이 낮은 소자를 사용하는 것이 열의 전도도가 높아 냉각에 유리합니다.

 

[그림1] 정션 온도 추정 시험 환경

 

열저항(Thermal Resistance)은 와트당(W) 발생하는 온도의 변화로 정의합니다. P(전력)만큼의 열이 열원에서 발생할 때, 열원의 온도(정션온도) Tj는 전도체를 따라 전도되면서, Tc의 온도로 변화합니다.

 

[그림2] 온도 추정 공식

 

예시) 전력소비 = 10W, 열저항 = 5˚C/W, 측정 온도 = 60˚C

      Tj(정션온도) = 10W * 5˚C/W + 60˚C = 130˚C

 

      실제 반도체 소자의 정션온도는 상기의 계산식에 의해 130도입니다.

 

따라서 소비되는 전력과 정션온도에 따라 디레이팅 되는 사양들을 유의하면서 소자 선정을 해야합니다.