संदर्भ शीट

थर्मल मैनेजमेंट

Tj, θJA, और कब किसी पार्ट को कॉपर या हीटसिंक चाहिए

थर्मल मैनेजमेंट की बुनियादी बातें

किसी पार्ट की डेटाशीट तीन अलग तापमान देती है, और वे आपस में बदले नहीं जा सकते। जंक्शन तापमान (Tj) डाई का असली तापमान है और वही नंबर है जिसे पार्ट की अधिकतम रेटिंग बचाती है, पर इसे सीधे मापना लगभग कभी संभव नहीं होता। केस तापमान (Tc) पैकेज की बाहरी सतह पर मापा जा सकता है, और परिवेश तापमान (Ta) उसके आसपास की हवा का है। Tj हमेशा Tc से ऊपर रहता है, और Tc, Ta से ऊपर, और इनके बीच का अंतर ही थर्मल रेज़िस्टेंस रेटिंग बताती है।

थर्मल रेज़िस्टेंस रेटिंग, जिसे थीटा (θ) से डिग्री C प्रति वाट में लिखा जाता है, बस यह बताती है कि थर्मल रास्ते के उस हिस्से से बहने वाले हर वाट पर तापमान कितने डिग्री बढ़ता है। θJA बिना अतिरिक्त हीटसिंक के पूरे जंक्शन-से-परिवेश रास्ते को कवर करता है; θJC सिर्फ़ जंक्शन-से-केस को। ज़्यादातर लोग जो मोटा अनुमान लगाते हैं वह है Tj ≈ Ta + P × θJA — अपना सबसे बुरा परिवेश तापमान और पार्ट जो पावर सच में खर्च करता है डालें, फिर नतीजे की तुलना पार्ट के अधिकतम रेटेड Tj से करें, और सीमा तक डिज़ाइन करने के बजाय असली गुंजाइश छोड़ें।

किसी पार्ट को सच में क्या चाहिए, बढ़ती मेहनत के क्रम में, आमतौर पर पहले कॉपर पोर, फिर थर्मल इंटरफ़ेस मटीरियल के साथ हीटसिंक, और उसके बाद ही निर्माता के डीरेटिंग कर्व या एक्टिव थ्रॉटलिंग पर आधारित डिज़ाइन। छोटा लॉजिक IC या हल्के लोड वाला रेगुलेटर अक्सर सिर्फ़ कॉपर पर ठीक रहता है; एक्सपोज़्ड-पैड पैकेज को कोई भी फ़ायदा पाने के लिए उस कॉपर तक थर्मल वाया चाहिए; और जब नंबर बताएँ कि पार्ट आपके सबसे बुरे परिवेश में अपने Tj अधिकतम के क़रीब चलेगा, तो असली हीटसिंक — अनुमान से नहीं, गणना किए गए तापमान बढ़ने से साइज़ किया गया — ही वह अंतर पाटता है।

शब्द	इसका मतलब	सामान्य मान / अंगूठे का नियम	व्यावहारिक सलाह
जंक्शन तापमान (Tj)	डाई के अंदर सबसे गर्म बिंदु का तापमान — वह नंबर जिसे बचाने के लिए बाकी सभी रेटिंग हैं।	मानक कमर्शियल/इंडस्ट्रियल सिलिकॉन के लिए पूर्ण अधिकतम Tj आमतौर पर 125–150°C होता है, ऑटोमोटिव-ग्रेड (AEC-Q100) पार्ट्स पर 175°C तक — हमेशा उस ख़ास डेटाशीट को देखें, यह निर्माता और प्रोसेस के हिसाब से बदलता है।	ज़्यादातर डिज़ाइन में Tj सीधे नहीं माप सकते; इसकी गणना खर्च हुई पावर और थर्मल रेज़िस्टेंस से होती है, या कभी-कभी उन्नत पार्ट्स पर अंदरूनी सेंसर से पढ़ा जाता है।
परिवेश तापमान (Ta)	अंतिम एनक्लोज़र के अंदर पार्ट के आसपास की असली हवा का तापमान — न डेटाशीट की 25°C जाँच शर्त, न उस कमरे का तापमान जहाँ आप जाँच कर रहे हैं।	डेटाशीट स्पेक आमतौर पर Ta = 25°C पर दिए जाते हैं; असली ऑपरेटिंग रेंज आमतौर पर 0–70°C (कमर्शियल) या −40 से 85°C (इंडस्ट्रियल) ग्रेड की होती है।	बेंच की स्थिति नहीं, बल्कि इस्तेमाल में अपेक्षित सबसे बुरी स्थिति लें — बंद एनक्लोज़र के अंदर, सीधी धूप में, किसी और गर्म कंपोनेंट के पास।
केस तापमान (Tc)	पैकेज की बाहरी सतह (अक्सर ऊपरी मोल्ड कैप या खुला धातु टैब/पैड) का तापमान, Tj से कुछ डिग्री कम।	Tj और Ta के बीच रहता है; Tj के कितना क़रीब, यह इस पर निर्भर है कि बाकी रास्ते के मुक़ाबले θJC कितना छोटा है।	वह एकमात्र तापमान जिसे आप बेंच पर थर्मोकपल या IR थर्मामीटर से सच में माप सकते हैं — θJA अनुमान को असलियत से मिलाने के लिए इसका इस्तेमाल करें।
θJA — जंक्शन-से-परिवेश थर्मल रेज़िस्टेंस	बिना अतिरिक्त हीटसिंक के, जंक्शन से आसपास की हवा तक गर्मी के बहाव का कुल रेज़िस्टेंस, °C प्रति खर्च वाट में।	खुले SOT-23 के लिए लगभग 150–300°C/W, SOIC-8 के लिए ~100–160°C/W, खुले खड़े TO-220 के लिए ~60–65°C/W, अच्छे थर्मल वाया वाले एक्सपोज़्ड-पैड QFN/DFN के लिए ~30–45°C/W — मान निर्माता और टेस्ट बोर्ड के हिसाब से काफ़ी बदलते हैं।	डेटाशीट θJA एक तय कॉपर क्षेत्र वाले ख़ास मानक टेस्ट PCB (अक्सर JEDEC रेफ़रेंस लेआउट) पर मापा जाता है — आपके बोर्ड का कॉपर, लेयर की संख्या और हवा का बहाव असली नंबर को किसी भी दिशा में काफ़ी दूर ले जा सकते हैं।
θJC — जंक्शन-से-केस थर्मल रेज़िस्टेंस	सिर्फ़ जंक्शन से केस सतह तक का रेज़िस्टेंस — इसमें केस-से-परिवेश रास्ता शामिल नहीं, इसलिए यह हमेशा θJA से कहीं छोटा नंबर होता है।	TO-220-क्लास पैकेज के लिए आमतौर पर 1–5°C/W, TO-247 या D2PAK जैसे बड़े टैब के लिए अक्सर 1°C/W से कम — हमेशा डिवाइस पर निर्भर।	बाहरी हीटसिंक जोड़ते समय इस्तेमाल: कुल रेज़िस्टेंस θJC + θCS (इंटरफ़ेस मटीरियल) + θSA (हीटसिंक से हवा) हो जाता है, सीरीज़ में जुड़ा।
तापमान बढ़ने का मोटा अनुमान	पार्ट कितना गर्म होगा, इसका झटपट फ़ॉर्मूला: Tj ≈ Ta + (खर्च पावर × θJA)।	उदाहरण: 40°C परिवेश में 150°C/W वाले SOIC-8 से 0.5 W ≈ 40 + 0.5×150 = 115°C जंक्शन तापमान।	इसे स्थिर-अवस्था अनुमान मानें, गारंटी नहीं — यह थर्मल मास और ट्रांज़िएंट को नज़रअंदाज़ करता है और डेटाशीट के टेस्ट-बोर्ड कॉपर क्षेत्र को मानता है, इसलिए पूर्ण अधिकतम रेटिंग तक डिज़ाइन करने के बजाय उससे नीचे असली गुंजाइश छोड़ें।
हीट स्प्रेडर के रूप में कॉपर पोर	अलग पार्ट जोड़ने के बजाय PCB के अपने कॉपर (ऊपर, नीचे या अंदरूनी प्लेन) से पैकेज की गर्मी दूर ले जाना।	छोटे पैकेज के लिए लगभग 1–2 W तक असरदार; बड़ा पोर क्षेत्र (कई cm², ख़ासकर अंदरूनी ग्राउंड/पावर प्लेन से जुड़ा) θJA को मापने लायक घटाता है।	सबसे सस्ता थर्मल उपाय, और लॉजिक IC, छोटे रेगुलेटर और कम-पावर MOSFET के लिए अक्सर अकेला काफ़ी — हीटसिंक से पहले इसे आज़माएँ।
थर्मल वाया	खुले थर्मल पैड (QFN, DFN, PowerPAD-शैली पैकेज) के नीचे छोटे प्लेटेड वाया की कतार, जो बोर्ड से होकर दूसरी लेयर के कॉपर तक गर्मी पहुँचाती है।	आमतौर पर लगभग 1–1.2 mm पिच पर लगभग 0.3 mm वाया का ग्रिड, कभी-कभी रीफ़्लो के दौरान सोल्डर बह न जाए इसलिए प्लेटिंग से बंद।	वाया की संख्या और दूरी के लिए पार्ट का लैंड-पैटर्न एप्लिकेशन नोट देखें — बहुत कम वाया, या बिना जुड़ा खुला पैड, QFN के डेटाशीट θJA से ज़्यादा गर्म चलने का बहुत आम कारण है।
थर्मल इंटरफ़ेस मटीरियल (TIM) / थर्मल पैड	कंपोनेंट और हीटसिंक या चेसिस के बीच खाली जगह भरने वाली परत (सिलिकॉन पैड, ग्रीस/पेस्ट, ग्रेफ़ाइट शीट), जो उस हवा के गैप की जगह लेती है जो वरना रास्ते पर हावी होता।	रोज़ के पैड और पेस्ट के लिए थर्मल कंडक्टिविटी आमतौर पर मोटे तौर पर 1–8 W/m·K होती है; ख़ास सामग्री इससे ज़्यादा जा सकती है — कंडक्टिविटी प्रोडक्ट के हिसाब से बहुत बदलती है, इसलिए ख़ास डेटाशीट देखें।	TIM ख़ुद हीटसिंक नहीं है — यह सिर्फ़ इंटरफ़ेस पर कॉन्टैक्ट रेज़िस्टेंस घटाता है, इसलिए इसे हीटसिंक या धातु एनक्लोज़र के साथ इस्तेमाल किया जाता है, उनकी जगह नहीं, जो सच में गर्मी दूर ले जा सकें।
अलग हीटसिंक	जोड़ा गया फ़िन वाला या एक्सट्रूडेड धातु पार्ट जो हवा के संपर्क में सतह क्षेत्र बढ़ाता है, जिससे केस/बोर्ड-से-परिवेश रेज़िस्टेंस (θSA) घटता है।	छोटे क्लिप-ऑन या चिपकने वाले हीटसिंक प्राकृतिक संवहन में आमतौर पर लगभग 5–30°C/W के होते हैं (छोटे / कम फ़िन = अधिक संख्या); पंखा जोड़ने से यह आमतौर पर आधा या उससे भी कम हो जाता है।	तब ज़रूरी जब कॉपर-पोर/TIM अनुमान के बाद भी सबसे बुरे परिवेश में Tj पार्ट की रेटेड अधिकतम के क़रीब या ऊपर जाए — जो भौतिक रूप से फ़िट हो उससे नहीं, गणना किए गए तापमान बढ़ने से, गुंजाइश के साथ साइज़ करें।
पावर डीरेटिंग कर्व	डेटाशीट का चार्ट जो एक θJA मान के बजाय दिखाता है कि परिवेश तापमान बढ़ने पर अधिकतम अनुमत पावर खर्च कैसे घटता है।	अक्सर किसी परिवेश तक सपाट (पूरी रेटेड पावर), जैसे 25–50°C, फिर Tj अधिकतम पर शून्य अनुमत पावर तक लगभग सीधी रेखा में घटता है।	जब आप पार्ट की परिवेश रेंज के ऊपरी हिस्से के आसपास कहीं भी काम कर रहे हों, यह कर्व ज़्यादा सटीक डिज़ाइन टूल है — एक θJA नंबर असल में इसी कर्व के एक बिंदु का सुविधाजनक अनुमान है।
एक्टिव थर्मल थ्रॉटलिंग	कई डिजिटल/पावर पार्ट्स (MCU, पावर कन्वर्टर, मोटर ड्राइवर) में बनी रनटाइम सुरक्षा जो Tj सीमा के क़रीब आने पर पार्ट को सीधे फ़ेल होने देने के बजाय क्लॉक स्पीड, आउटपुट करंट या ड्यूटी साइकिल घटाती है।	थ्रेशोल्ड और व्यवहार हर पार्ट के लिए अलग होते हैं — कुछ चरणबद्ध रूप से थ्रॉटल करते हैं, अन्य एक निश्चित Tj पर सीधे बंद हो जाते हैं (थर्मल शटडाउन / OTP) और ठंडा होने के बाद हिस्टेरिसिस के साथ फिर चालू होते हैं।	थ्रॉटलिंग सिलिकॉन को बचाती है, आपके एप्लिकेशन को नहीं — जो डिज़ाइन अपने थर्मल बजट में रहने के लिए इस पर निर्भर है, वह ठीक तभी ख़राब प्रदर्शन करेगा (धीमा, कम आउटपुट करंट) जब पूरा प्रदर्शन चाहिए था।

डेटाशीट पर θJA नंबर एक ख़ास मानक टेस्ट बोर्ड (अक्सर JEDEC रेफ़रेंस लेआउट) पर मापे जाते हैं — आपके बोर्ड का कॉपर क्षेत्र, लेयर की संख्या और हवा का बहाव असली मान को उस आँकड़े से काफ़ी दूर ले जा सकते हैं, इसलिए किसी भी Tj अनुमान को शुरुआती बिंदु मानें और असली लोड में थर्मोकपल या IR माप से जाँचें।

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