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功率半导体器件的热阻介绍

功率半导体器件的故障率随结温的升高按照指数函数增加。因此，使用功率半导体器件时，

必须特别注意器件的温度。为使器件正常工作，在设计电路时，应注意配置适当的散热器，

保持器件的结温不超过允许值。这样，不仅使器件能正常工作，也有利提高器件的使用效率

和延长其寿命。

器件承受的最大结温，因材料而异。对于锗半导体器件，一般为80~100℃；硅半导体器件，

一般为150~200℃。我国半导体器件厂目前的规定为：锗管最大允许结温Tjm＝

90℃，硅管最大允许结温Tjm＝175℃。

如果偏置电路的热稳定性是够高，那么器件的允许耗散功率为：

式中Pc—环境温度为Ta时的耗散功率；

Rθj-a—管的结至环境的热阻(总热阻)。

在热稳定状态下，器件散热回路的热等效回路如下图所示。

图中，Rθj-c是结至壳热阻，Rθc-a是壳至环境热阻，Rθc-s是壳至散热器热阻(接触热阻)；

Tj表示结温度，Tc表示管壳温度，Ts表示散热器温度，Ta表示环境温度。

从上图的热等效回路，很容易求出器件结至环境的总热阻为：

由于Rθc-a比Rθj-c、Rθc-s和Rθs-a大得多，故热阻Rθc-a可略去，即认为全部热量都

经散热器扩散出去，于是上式简化为：

对于耗散功率小于1W的器件，可不安装散热器，这样总热阻为：

器件结至壳热阻Rθj-c与芯片结构设计、材料、芯片和管座连接系统的组成及连接方法和几

何参数有关。

在测量Rθj-c时，要设法使管壳温度保持恒定。Rθj-c可由下式决定：

接触热阻Rθc-s由管壳和散热器之间的接触状况决定。当接触面不不整或接触面不光滑时，

管壳和散热器之间就有缝隙，Rθc-s就会变大。为了减小接触热阻，一般要求散热器表面的

不平整度要小于0.025mm，表面的粗糙度要求较高。为了解决由于散热器表面的不平整和

不光滑所引起接触热阻增大问题，可以在接触面上涂以硅油，这样就可以使接触不上的地方

由硅油来填平。接触面上的硅油不仅能增大接触面，而且还能排除接触面之间的空气，再加

上硅油本身又具有良好的导热性能，这样就可以大大地减小接触热阻Rθc-s。

管壳和散热器之间加垫片(有绝缘垫片，也有加铜箔等导电垫片)时的接触热阻Rθc-s，实际

上包括有垫片材料本身形成的传导热阻、管壳与垫片问的热阻和散热器与垫片之间

的热阻。这时的接触热阻要比管壳和散热器直接接触时的热阻大。当然，如在垫片两边涂

上硅油，自然也能起到减小接触热阻Rθc-s的作用。Rθc-s也可用下式计算：

散热器热阻Rθs-a是散热器与环境之间的热阻，它的大小主要取决于散热器表面面积的大小、发黑率、结

构形式、安装方式、周围环境及散热器的材料诸因素。安装方式有；平放、垂直放、侧放三种。型材散热

器以垂直放置为最佳；叉指型散热器以平放最好

散热器热阻Rθs-a可用下式计算：

散热器热阻Rθs-a与散热器面积的关系，目前多是从实际测量中获得，下图给出这两者之间的关系。

Rθs-a的大小是选配散热器的主要依据。下面通过一些实例来说明热阻Rθs-a的计算方法。

例某开关电源采用3DD63功率晶体管作为开关器件，已知：Pcm＝50w，Ta＝25℃，Rθc-s＝0.1℃／

W。求需要选配热阻Rθs-a为多大的散热器?

解：由手册查出3DD63的Tj＝175℃；Rθj-c＝2℃／W。由上式得：

再将Rθj-a、Rθj-c之值代入式中得：

从表中选取出型材散热器XC768-2，50W，长度为140mm，其热阻为0.8℃／W，直接装上晶体管3DD63，

并在接触表面涂上硅油就能满足要求。

在进行热阻Rθs-a计算时，有时会遇到所选的功率晶体管结至管壳间的热阻Rθj-c在产品目录或手册上查

不到。此时，可根据目录或手册上给出的晶体管集电极最大允许耗散功率Pcm。一栏的测试条件中给出的

测试时的管壳温度Tc之值，求出热阻Rθj-c之值。

例要求计算功率晶体管3DD275结至管壳的热阻Rθj-c之值。