Schaltungstechnik

112 2 Entwicklungs- und Analysemethodik
über Wärmestrahlung, Wärmeleitung oder Wärmeströmung (Konvektion) an die
Umgebung abgeführt werden.
P 1
P Versorg
Bauelement
Bild 2.3-1: Zur Leistungsbilanz eines elektronischen Bauteils
PV = PVersorg + P1 – P2 Die aktive Zone im Innern des Halbleiterbauelementes (u.a. Transistor oder
Chip) wird vereinfachend mit „Junction“ gekennzeichnet. Ihr wird die Temperatur
T j zugeordnet. Aus dem Datenblatt eines Bauelementes ist die maximal zulässige
Temperatur T jmax zu entnehmen, sie hängt ab vom Halbleiterbasismaterial. Bei
Silicium liegt dieser Grenzwert bei ca. 150 0 C bis 170 0 C. Der Grenzwert ist auch
von der verwendeten Technologie abhängig. Weiterhin ist im Datenblatt angegeben
die maximal zulässige Gesamtverlustleistung P Vmax, auch P tot genannt. Sie ist
abhängig von der Gehäusetemperatur des Bauelementes. Die zulässige Gesamtverlustleistung
bei T G = T N wird auch mit Nennbelastbarkeit oder Nennverlustleistung
P VN bezeichnet. Es entsteht ein Wärmestrom von der Wärmequelle („Junction“) im
Innern des Halbleiters nach außen und damit auch ein Temperaturgefälle. Wenn die
Gehäusetemperatur T G größer als T N ist, vermindert sich die im stationären
Zustand dem Bauelement zuführbare maximale Verlustleistung P Vmax (siehe Lastminderungskurve
in Bild 2.3-2). Die vorgegebenen Grenzwerte dürfen im Betrieb
nicht überschritten werden.
PVmax PVN T N
Rth jG
Bild 2.3-2: Lastminderungskurve mit maximal zulässiger Gesamtverlustleistung
Das eigentliche Halbleiterbauelement umgibt ein Gehäuse. Die zugeführte elektrische
Leistung P V wird im Bauelement in Wärmeleistung umgewandelt und im stationären
Fall über das Gehäuse mit der Temperatur T G an die Umgebung mit der
P 2
T jmax
T G