IC中的溫度是怎麼測出來的?

更新於 發佈於 閱讀時間約 3 分鐘

其實我應該在更一開始就問這個問題的,只是逃避了很久:

"所以我說那個溫度是怎麼測出來的?"

為此我只好久違的又去翻翻資料


常見的幾種測量溫度的方法:

  1. 實驗室的老朋友,Thermal couple,又叫熱電偶,利用Seeback Effect去測不同金屬的壓差
  2. RTD,或稱熱電阻,電阻溫度計,更直接的利用電阻對溫度的相依性去測量

但是很顯然的,以上兩種都不太可能應用在IC這麼小的東西上面,更重要的是會造成破壞性,你是打算把封裝給拆了去貼在die上嗎?

  1. IR camera,熱像儀,但是內部的照不到的就一點辦法都沒有
  2. Digital Thermal Sensor,簡稱DTS,與其說它是個sensor,它其實更接近一個電路,然後利用二極體偏壓對溫度的相依性去和參照比較一下。所以既然它是個電路,它就可以被看是要自己兜在封裝裡或是也有包好的去打在板子上。


Digital Thermal Sensor 原理

以下是傷眼的公式,不想看的話可以跳過,不影響理解

diode equation

diode equation

早先,真的就這樣用著了,拉一顆電阻一條線出來去量壓降,但是經過改良之後發現拉兩組電路可以把飽和電流(Is)這項給k掉

raw-image

最後這個型態就是目前大部分DTS的做法,如果是外接可能再搭配個類比轉數位電路

DTS應用

在有了測量的方法之後,再來最重要的就是要k出一條曲線來,畢竟除了ln以外的地方都是常數,最後你可能會得到一條像這樣的曲線

raw-image

有了它,工作才算是結束。
只不過這一點各家有點差異,如果像是CPU,它reference的對象其實不是室溫而是Tj,而它DTS的讀值是距離Tjmax還有多遠的相對溫度。

那麼,DTS讀值能代表Tj嗎?

最終我們還是得回到這個問題。首先,比起前幾種測量方法,給人感覺不是那麼直接,影響測溫準確性有以下幾種可能:

  1. 二極體/電晶體製程,不只是品質問題,製程縮小下使得它越來越不是個理想的電晶體
  2. 類比轉數位準確性
  3. 電路位置,其中又以這點最為致命。電路應該擺在最熱的地方或至少是附近,但有時候我們也不知道到底哪裡最熱,或是受限layout,他很有可能不在最熱的地方,這是其一,這點勉強我們可以透過多擺幾個和校正來改善。另外一個是,處理不同任務多核運算下,它時刻熱點並不固定,這點就只能靠後段測試和SW調教了。
raw-image

雖然有著上述的小缺點,但是如果要非破壞性又要非間接,這的確是目前能找到最好的辦法了,透過DTS讀值當成Tj,進行之後的計算,我個人覺得算是可以接受的。

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熱阻(Thermal resistance)是一個將熱傳導以類似歐姆定律的方式表達,簡單好記因而獲得廣泛流傳,但是也因此遭到誤用的狀況也是層出不窮。 而熱阻本身的用意是為了讓不同公司的產品在熱表現上有可比性,因此放在相同的測試板上進行測量。測試方法在JEDEC51-1~51-11的文件上有嚴格的定義
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