產品溫升測試合格標準之制定

概述

每個產品都得進行溫升量測以確保每個電子零件在合理的溫度內能正常運作。有80%以上的零件是以環境溫度來定義該零件允許的工作溫度範圍（operating temperature range），且該溫度範圍不包含零件本身的發熱。因此，允許的零件表面溫度（surface temperature，Ts）應能比工作溫度範圍最大值來得更高。詳細的工作溫度範圍的說明，參考[1]。

基於保守原則，一般會先以零件的工作溫度範圍的上限值（Upper limit of operating temperature range，T_U）作為零件允許的表面溫度，而不應再增加餘裕（margin）。若測得的表面溫度高於T_U，則再根據不同零件類型給予不同的調整。

貼片零件的自發熱直接影響PCB材料的熱應力。考慮到PCB板材的玻璃轉化溫度（T_g）[2]，通常FR-4板材的Tg介於130°C至140°C之間。因此，在設計和操作電子設備時，必須確保貼片元件表面溫度保持在T_g以下，並留有安全裕度（safety margin），以避免材料結構退化或變形。一般來說，為了避免過熱並保護PCB及其元件，零件表面溫度應保持在105°C~110°C以下。這樣可以防止PCB基板的變形、分層或裂紋等問題。

不同類型的零件具有不同的允許表面溫度和結溫（junction temperature，T_j）。以下是依據零件類別歸納出允許的表面溫度。若遇到合格標準（pass criteria）之間產生衝突，則從嚴看待。未在分類中提到的零件，則依原則1~3進行表面溫度的評估。

這裡不採用「允許溫升」作為測試合格標準，取而代之的是表面溫度和結溫。這麼做可以更直觀，因為測得的溫度數據大部分就是零件的表面溫度。這就不需要去看環境溫度後再來計算溫升。

一般具有結溫規格的零件如下：

MCU

二極體

電晶體

MOSFET

IGBT

PWM控制器（包含AC-DC，DC-DC等）

穩壓器

運算放大器

RS-485收發器

表面溫度合格標準判斷基本原則

原則1：貼片零件的表面溫度不得高於PCB的T_g減20°C。20°C為安全裕度。

原則2：沒有T_j的零件，則表面溫度要低於T_U。

原則3：有T_j的零件，則表面溫度要低於T_U。若超過T_U，則由研發人員另行評估Tj值。計算而得的工作結溫（T_j.opr）需小於結溫最大額定值減25°C的安全裕度，如最大結溫150°C的零件，工作結溫應低於125°C。

電阻類

電阻的工作溫度範圍一般可高達155°C。然而，貼片電阻受限於PCB的T_g（一般品為135°C），仍需以較小者為準。

電感類

由於電感的工作溫度範圍已考慮了自發熱（圖1），因此，允許的電感表面溫度需小於T_U。

TDK貼片電感 RLF 系列的操作溫度範圍已考慮的自發熱

PTC電阻類

正溫度係數（Positive Temperature Coefficient，PTC）電阻器的操作溫度範圍根據應用有兩種範圍。當端電壓為額定載最大值時，溫度範圍較小；當端電壓為零時，溫度範圍較高。如Thinking的PPL14121HA3D4E1Q 的操作溫度範圍如下。

Thinking的PPL14系列PTC的工作溫度範圍

浪湧電流限制用NTC

同一系列不同直徑的負溫度係數（Negative Temperature Coefficient，NTC）電阻器具有不同的操作溫度範圍。Thinking的SCK系列 NTC在工作溫度範圍如下。

直徑	工作溫度範圍
Φ5mm	-40°C~+150°C
Φ8~10mm	-40°C~+170°C
Φ13~30mm	-40°C~+200°C