Flotherm中的接触热阻的设置与验证

Flotherm中的接触热阻的设置与验证

相信大家在使用Flotherm时都会碰到如何设置固体与固体之间的接触热阻的问题，软件对此也给出了非常方便的设置。下面给出了设置的过程与验证结果。

首先以软件自带的Tutorial 1作为研究对象，然后分别对模型中的Large Plate 和Heated Block取Monitor（位于对象的中心）。测量Heated Block的尺寸，Length=40mm，后面将会用到该参数。

对模型不做任何更改，直接进行计算。下图是模型的表面温度云图，从Table 里可以知道Monitor的最终温度值。

THeated-Block=78.8552, TLarge-Plate=77.9205

接下来，开始设置接触热阻。对Heated Block进行Surface操作，在Surface Finish对话框中新建一个Surface属性22，然后在Surface Attribute里的Rsur-solid 中进行设置。这里，希望在Heated Block和Large Plate之间的添加一个1°C/W的接触热阻，而Rsur-solid的单位是Km^2/W，其实就是(K/W)×(m^2)，即所需热阻值与接触面的面积。前面知道，Heated Block是一个边长为40mm的正方形，面积即为0.0016m^2，所以，这里需要输入的值就是：

1°C/W×0.0016m^2=0.0016Km^2/W。

Heated Block与Large Plate的接触面出现在Heated Block的Xo-Low面上，就需要在Surface Finish对话框中的Attachment的下拉菜单中选择Xo-Low。

设置完成后，不再对模型做任何操作，直接进行计算。下图是模型的表面温度云图，从Table里可以知道Monitor的最终温度值。

THeated-Block=85.7831, TLarge-Plate=77.4179

将仿真结果制作成下表（Heated Block的功耗为8W）：

首先，这里需要澄清一些事实：热到底是如何被带走的，接触热阻到底会对什么产生影响。Heated Block是热源，热的源头，产生的热分为两部分消散在空气中（不考虑辐射，Radiation Off）：一部分从Heated Block传递给Large Plate，被自然对流带走；另一部分是被Heated Block自身的自然对流带走。这样，无论是否存在接触热阻，都是相同的热传递给了Large Plate（能量守恒，除非Heated Block表面温度更高导致的其自然对流带走的能量的增大）。因此，接触热阻不会对Large Plate有什么影响，也就是说两种情况下Large Plate上的温度值和分布应该是相同的（77.9205和77.4179）。这样看来，接触热阻只会对Heated Block有影响（在原来温度上有大约8°C的温升，由78.8552到85.7831）。

由此看来，在实际的仿真过程中，既可以通过上述的方法来添加接触热阻，从而在仿真结果中直接引入接触热阻对热源温度的影响，也可以先忽略接触热阻，然后再在计算结束后，根据经验在热源的结果上叠加一个温升来代替接触热阻的

影响。

为了进一步验证上面的分析，将计算结果相关的数据拷贝出来制作成下面的表。

表1：没有接触热阻的分析结果

表2：有接触热阻的分析结果

Mean S-S Surface Temperature表示的是Heated Block和Large Plate接触面上的平均温度值。表1中，ΔT=78.398-78.398=0，表2中，ΔT=85.221-77.904=7.317°C，也就是由接触热阻产生的温差为7.317°C。从能量的角度，表1中，从Heated Block 进入到Large Plate中并被其自然对流带走的能量为7.428W，表2中，从Heated Block进入到Large Plate中并被其自然对流带走的能量为7.317W，而Heated Block 自身自然对流带走的能量分别为为0.572W和0.683W（前者小于后者，就是因为接触热阻导致Heated Block的温度升高，从而使其自然对流的能力增强）。

根据热阻的定义：

R=ΔT/P

Rsur-solid=7.317°C/7.317W=1°C/W

正好是所设置的值。

Result_NO_Resista

nce.xlsx Result_With_Resis tance.xlsx

半导体器件参数(精)

《党政领导干部选拔任用工作条例》知识测试题（二） 姓名：单位： 职务：得分： 一、填空题（每题1分，共20分）： 1、《党政领导干部选拔任用工作条例》于年月发布。 2、《党政领导干部选拔任用工作条例》是我们党规范选拔任用干部工作的一个重要法规，内容极为丰富，共有章条。 3、干部的四化是指革命化、知识化、年轻化、专业化。 4、，按照干部管理权限履行选拔任用党政领导干部的职责，负责《条例》的组织实施。 5、党政领导班子成员一般应当从后备干部中选拔。 6、民主推荐部门领导，本部门人数较少的，可以由全体人员参加。 7、党政机关部分专业性较强的领导职务实行聘任制△I称微分电阻 RBB---8、政协领导成员候选人的推荐和协商提名，按照RE---政协章程和有关规定办理。 Rs(rs----串联电阻 Rth----热阻 结到环境的热阻

动态电阻 本机关单位或本系统 r δ---衰减电阻 r(th--- Ta---环境温度 Tc---壳温 td---延迟时间 、对决定任用的干部，由党委（党组）指定专人同本人 tg---电路换向关断时间 12 Tj---和不同领导职务的职责要求，全面考察其德能勤绩廉toff---。 tr---上升时间13、民主推荐包括反向恢复时间 ts---存储时间和温度补偿二极管的贮成温度 p---发光峰值波长 △λ η---

15、考察中了解到的考察对象的表现情况，一般由考察组向VB---反向峰值击穿电压 Vc---整流输入电压 VB2B1---基极间电压 VBE10---发射极与第一基极反向电压 VEB---饱和压降 VFM---最大正向压降（正向峰值电压） 、正向压降（正向直流电压） △政府、断态重复峰值电压 VGT---门极触发电压 VGD---17、人民代表大会的临时党组织、人大常委会党组和人大常委会组成人员及人大代表中的党员，应当认真贯彻党委推荐意见 VGRM---门极反向峰值电压，带头（AV 履行职责交流输入电压 最大输出平均电压

IC封装的热特性-热阻

IC封装的热特性 摘要：IC封装的热特性对于IC应用的性能和可靠性来说是非常关键的。本文描述了标准封装的热特性：热阻(用“theta”或Θ表示)，ΘJA、ΘJC、ΘCA，并提供了热计算、热参考等热管理技术的详细信息。 引言 为确保产品的高可靠性，在选择IC封装时应考虑其热管理指标。所有IC在有功耗时都会发热，为了保证器件的结温低于最大允许温度，经由封装进行的从IC到周围环境的有效散热十分重要。本文有助于设计人员和客户理解IC热管理的基本概念。在讨论封装的热传导能力时，会从热阻和各―theta‖值代表的含义入手，定义热特性的重要参数。本文还提供了热计算公式和数据，以便能够得到正确的结(管芯)温度、管壳(封装)温度和电路板温度。结温-PN结度 热阻的重要性 半导体热管理技术涉及到热阻，热阻是描述物质热传导特性的一个重要指标。计算时，热阻用―Theta‖表示，是由希腊语中―热‖的拼写―thermos‖衍生而来。热阻对我们来说特别重要。 IC封装的热阻是衡量封装将管芯产生的热量传导至电路板或周围环境的能力的一个标准。给出不同两点的温度，则从其中一点到另外一点的热流量大小完全由热阻决定。如果已知一个IC封装的热阻，则根据给出的功耗和参考温度即可算出IC的结温。 Maxim网站(制造商、布线、产品、QA/可靠性、采购信息)中给出了常用的IC热阻值。 定义 以下章节给出了Theta (Θ)、Psi (Ψ)的定义，这些标准参数用来表示IC封装的热特性。 ΘJA是结到周围环境的热阻，单位是°C/W。周围环境通常被看作热―地‖点。ΘJA取决于IC封装、电路板、空气流通、辐射和系统特性，通常辐射的影响可以忽略。ΘJA专指自然条件下(没有加通风措施)的数值。 ΘJC是结到管壳的热阻，管壳可以看作是封装外表面的一个特定点。ΘJC取决于封装材料(引线框架、模塑材料、管芯粘接材料)和特定的封装设计(管芯厚度、裸焊盘、内部散热过孔、所用金属材料的热传导率)。 对带有引脚的封装来说，ΘJC在管壳上的参考点位于塑料外壳延伸出来的1管脚，在标准的塑料封装中，ΘJC的测量位置在1管脚处。对于带有裸焊盘的封装，ΘJC的测量位置在裸焊盘表面的中心点。ΘJC的测量是通过将封装直接放置于一个―无限吸热‖的装置上进行的，该装置通常是一个液冷却的铜片，能够在无热阻的情况下吸收任意多少的热量。这种测量方法设定从管芯到封装表面的热传递全部由传导的方式进行。 注意ΘJC表示的仅仅是散热通路到封装表面的电阻，因此ΘJC总是小于ΘJA。ΘJC表示是特定的、通过传导方式进行热传递的散热通路的热阻，而ΘJA则表示的是通过传导、对流、辐射等方式进行热传递的散热通路的热阻。 ΘCA是指从管壳到周围环境的热阻。ΘCA包括从封装外表面到周围环境的所有散热通路的热阻。 根据上面给出的定义，我们可以知道： ΘJA= ΘJC+ ΘCA ΘJB是指从结到电路板的热阻，它对结到电路板的热通路进行了量化。通常ΘJB的测量位置在电路板上靠近封装的1管脚处(与封装边沿的距离小于1mm)。ΘJB包括来自两个方面的热阻：从IC的结到封装底部参考点的热阻，以及贯穿封装底部的电路板的热阻。 测量ΘJB时，首先阻断封装表面的热对流，并且在电路板距封装位置较远的一侧安装一个散热片。如下图1所示：

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IEB10---双基极单结晶体管中发射极与第一基极间反向电流 IEB20---双基极单结晶体管中发射极向电流 ICM---最大输出平均电流 IFMP---正向脉冲电流 IP---峰点电流 IV---谷点电流 IGT---晶闸管控制极触发电流 IGD---晶闸管控制极不触发电流 IGFM---控制极正向峰值电流 IR（AV）---反向平均电流 IR（In）---反向直流电流（反向漏电流）。在测反向特性时，给定的反向电流；硅堆在正弦半波电阻性负载电路中，加反向电压规定值时，所通过的电流；硅开关二极管两端加反向工作电压VR时所通过的电流；稳压二极管在反向电压下，产生的漏电流；整流管在正弦半波最高反向工作电压下的漏电流。 IRM---反向峰值电流 IRR---晶闸管反向重复平均电流 IDR---晶闸管断态平均重复电流 IRRM---反向重复峰值电流 IRSM---反向不重复峰值电流（反向浪涌电流） Irp---反向恢复电流 Iz---稳定电压电流（反向测试电流）。测试反向电参数时，给定的反向电流 Izk---稳压管膝点电流 IOM---最大正向（整流）电流。在规定条件下，能承受的正向最大瞬时电流；在电阻性负荷的正弦半波整流电路中允许连续通过锗检波二极管的最大工作电流 IZSM---稳压二极管浪涌电流 IZM---最大稳压电流。在最大耗散功率下稳压二极管允许通过的电流 iF---正向总瞬时电流 iR---反向总瞬时电流 ir---反向恢复电流 Iop---工作电流 Is---稳流二极管稳定电流 f---频率 n---电容变化指数；电容比

(完整版)晶体管(或半导体)的热阻与温度、功耗之间的关系

晶体管(或半导体)的热阻与温度、功耗之间的关系为： Ta=Tj-*P(Rjc+Rcs+Rsa)=Tj-P*Rja 下图是等效热路图： 公式中，Ta表示环境温度，Tj表示晶体管的结温， P表示功耗，Rjc表示结壳间的热阻，Rcs表示晶体管外壳与散热器间的热阻，Rsa表示散热器与环境间的热阻。Rja表示结与环境间的热阻。 当功率晶体管的散热片足够大而且接触足够良好时，壳温Tc=Ta，晶体管外壳与环境间的热阻Rca=Rcs+Rsa=0。此时Ta=Tj-*P(Rjc+Rcs+Rsa)演化成公式 Ta=Tc=Tj-P*Rjc。 厂家规格书一般会给出，最大允许功耗Pcm、Rjc及(或) Rja等参数。一般Pcm是指在Tc=25℃或Ta=25℃时的最大允许功耗。当使用温度大于25℃时，会有一个降额指标。 以ON公司的为例三级管2N5551举个实例： 2N5551规格书中给出壳温Tc=25℃时的最大允许功耗是1.5W，Rjc是83.3度/W。 代入公式Tc=Tj- P*Rjc有：25=Tj-1.5*83.3可以从中推出最大允许结温Tj 为150度。一般芯片最大允许结温是确定的。 所以，2N5551的允许壳温与允许功耗之间的关系为：Tc=150-P*83.3。比如，假设管子的功耗为1W，那么，允许的壳温Tc=150-1*83.3=66.7度。 注意，此管子Tc =25℃时的最大允许功耗是1.5W，如果壳温高于25℃,功率就要降额使用。规格书中给出的降额为12mW/度(0.012W/度）。我们可以用公式来验证这个结论。假设壳温为Tc，那么，功率降额为0.012*(Tc-25)。则此时最大总功耗为1.5-0.012*(Tc-25)。把此时的条件代入公式Tc=Tj- P*Rjc得出：Tc=150-(1.5-0.012*(Tc-25))*83.3，公式成立。 一般情况下没办法测Tj，可以经过测Tc的方法来估算Tj。公式变为： Tj=Tc+P*Rjc 同样以2N5551为例。假设实际使用功率为1.2W，测得壳温为60℃，那么，Tj=60+1.2*83.3=159.96此时已经超出了管子的最高结温150度了！ 按照降额0.012W/℃的原则，60℃时的降额为(60-25)*0.012=0.42W， 1.5-0.42=1.08W。也就是说，壳温60℃时功率必须小于1.08W，否则超出最高结温。 假设规格书没有给出Rjc的值，可以如此计算：Rjc=(Tj-Tc)/P，如果也没有给出Tj数据，那么一般硅管的Tj最大为150℃。同样以2N5551为例。知道25度时的功率为1.5W，假设Tj为150，那么代入上面的公式： Rjc=(150-25)/1.5=83.3℃/W，恰好等于规格书给出的实际热阻。

关于电子元器件热阻的计算

关于电子元器件热阻的计算 【概念解释】 Ta（Temperature Ambient-）环境温度 Tc（Temperature Case）外壳温度 Tj（Temperature Junction）节点温度 热阻Rja：芯片的热源结（junction）到周围冷却空气（ambient）的总热阻，乘以其发热量即获得器件温升。 热阻Rjc：芯片的热源结到封装外壳间的热阻，乘以发热量即获得结与壳的温差。 热阻Rjb：芯片的结与PCB板间的热阻，乘以通过单板导热的散热量即获得结与单板间的温差。 【电子元件热阻的计算】 通用公式：Tcmax =Tj - P*(Rjc+Rcs+Rsa) 【1】散热片（heat sink）足够大而且接触足够良好的情况下： 热阻公式Tcmax =Tj - P*Rjc 【2】散热片（heat sink）不大或者接触足够一般/较差的情况下： 热阻公式Tcmax =Tj - P*(Rjc+Rcs+Rsa) 其中，Rjc表示芯片内部至外壳的热阻， Rcs表示外壳至散热片的热阻， Rsa表示散热片的热阻. 【3】没有散热片情况下： （1）大功率半导体器件 热阻公式Tcmax =Tj - P*(Rjc+Rca)，其中，Rca表示外壳至空气的热阻。 （2）小功率半导体器件 热阻公式Tc =Tj - P*Rja，其中Rja:结到环境之间的热阻。 注意：厂家规格书一般会给出Rjc，P等参数。一般P是在25度时的功耗.当温度大于25度时，会有一个降额指标。 实例: （1）三极管2N5551（以下计算是在加有足够大的散热片而且接触足够良好的情况下） 规格书中给出25度(Tc)时的功率是1.5W(P)，Rjc是83.3度/W。此代入公式有:25=Tj-1.5*83.3可以从中推出Tj为150度。芯片最高温度一般是不变的。所以有Tc=150-Ptc*83.3，其中Ptc表示温度为Tc时的功耗。假设管子的功耗为1W，那么，Tc=150-1*83.3=66.7度。注意，此管子25度(Tc)时的功率是1.5W，如果壳温高于25度，功率就要降额（降低使用功率）使用。规格书中给出的降额为12mW/度(0.012W/度)。我们可以用公式来验证这个结论.假设温度为Tc，那么，功率降额为0.012*(Tc-25).则此时最大总功耗为1.5-0.012*(Tc-25)。把此时的条件代入公式得出: Tc=150-(1.5-0.012*(Tc-25))×83.3，公式成立。 一般情况下没办法测Tj，可以经过测Tc的方法来估算Ttj，公式变为: Tj=Tc+P*Rjc。 同样以2N5551为例。假设实际使用功率为1.2W，测得壳温为60度，那么: Tj=60+1.2*83.3=159.96此时已经超出了管子的最高结温150度了!按照降额0.012W/度的原则，60度时的降额为(60-25)×0.012=0.42W，1.5-0.42=1.08W。也就是说，壳温60度时功率必须小于1.08W，否则超出最高结温。 假设规格书没有给出Rjc的值：可以如此计算: Rjc=(Tj-Tc)/P，如果也没有给出Tj数据，那么一般硅管的Tj最大为150至175度。同样以2N5551为例.知道25度时的功率为1.5W，假设Tj为150，那么代入上面的公式: Rjc=(150-25)/1.5=83.3如果Tj取175度则Rjc=(175-25)/1.5=96.6所以这个器件的Rjc在83.3至96.6之间。 如果厂家没有给出25度时的功率：那么可以自己加一定的功率加到使其壳温达到允许的最大壳温时，再把数据代入: Rjc=(Tjmax-Tcmax)/P有给Tj最好，没有时，一般硅管的Tj取150度。 我们把半导体器件分为功率器件和小功率器件。 大功率半导体器件 大功率半导体器件的额定功率一般是指带散热器时的功率，散热器足够大时且散热良好时，可以认为其表面到环境之间的热阻为0，所以理想状态时壳温即等于环境温度。 功率器件由于采用了特殊的工艺，所以其最高允许结温有的可以达到175度.但是为了保险起见，一律可以按150度来计算.适用公式:Tc =Tj - P*Rjc。设计时，Tj最大值为150，Rjc已知，假设环境温度也确定，根据壳温即等于环境温度，那么此时允许的P也就随之确定。 注：大功率半导体器件一般是指电压等级在1200V以上，电流在300A以上的开关器件，包括大功率二极管、晶闸管、GTO、IGBT、IGCT、ETO等，900V以上的mosfet也可称为大功率器件，但是要看相应的电流等级。 这些器件基本上是以硅材料为基础，经过不同的工艺生产条件生产出来。按照其功能分类，可为全控型器件和半控型器件，全控型如IGBT、IGCT、ETO等，就是通过门极可以控制器件的开通与关断，半控型器件的代表就是晶闸管，只能控制开通，而不能控制关断。 小功率半导体器件

半导体器件的散热器设计

半导体器件的散热器设计 半导体开关器件所产生的热量，在开关电源中占主导地位，其热量主要来源于半导体开关器件的开通、关断及导通损耗。采用软开关方式（ZCS或ZVS）可以使电路中的电压或电流在过零时开通或关断，可以最大限度地减少开关损耗，但是也无法彻底消除开关管的损耗，故利用散热器是常用的主要方法之一。 1 散热器的热阻模型 散热器是开关电源的重要组成元件，它的散热效果的好与坏关系到开关电源的工作性能。散热器通常采用铜或铝，虽然铜的热导率比铝高两倍，但其价格比铝高得多，故目前普遍采用铝型材做散热器。铝型材的表面积越大，其散热效果越好。散热器的热阻模型及其等效电路如图1（a）、（b）所示。 图1 散热器的热阻模型及其等效电路 半导体结温公式如下： 式中PC——功率开关管工作时的损耗； PC max——功率开关管的额定最大损耗； Tj——功率开关管的结温； Tj max——功率开关管的最大允许结温； Ta——环境温度； Tc——预定的工作环境温度； Rs——绝垫热阻； Rc——接触热阻（半导体管和散热器的接触部分）； Rf——散热器的热阻（散热器与空气）；

Ri——内部热阻（PN结接合部与外壳封装）； Rb——外部热阻（夕卜壳封装与空气）。 根据图（b）所示的热阻等效电路，全热阻可以写成为 R j-a=R i+[R b.(R s+R c+R f)]/(R b+R s+R c+R f) 因为R b》（R s+R c+R f）,故可以近似认为 R j-a=R i+R s+R c+R f （1）PN结与外部封装之间的热阻抗（又叫内部热阻抗）R i与半导体PN结构造、所用材料、外部封装内的填充物直接相关，每种半导体都有自身圃有的热阻抗。 （2）接触热阻抗Rc是由半导体、封装形式和散热器的接触面状态所决定的。接触面的平坦度、粗糙度、接触面积、安装方式等，都会对它产生影响。当接触面不平整、不光滑或接触面紧固力不足时，就会增大接触热阻抗Rc。在半导体管和散热器之间涂上硅油时，可以增大接触面积，排除接触面之间的空气，硅油本身又具有良好的导热性，可以大大降低接触热阻抗Rc。 当前有一种新型的相变材料，专门设计用以采取代硅油作为传热界面，在65℃（相变温度）时从固体变为流体，从而可以确保界面的完全润湿，该材料的触变特性可以使其避免流到界面外。它的传热效果与硅油相当，但没有硅油带来的污垢，环境污染和难以操作的缺点。可以用于不需要电气绝缘的场合。典型的应用包括CPU散热片、功率转换模块，或者其他任何簧片固定的硅油应用场合，它可以涂布在铝质基材的两面，可以单面附胶、双面附胶或不附胶。 （3）绝缘垫热阻Rs。绝缘垫用于半导体器件和散热器之间的绝缘，绝缘垫的热阻抗R，取决于绝缘材料的材质、厚度和面积。表1中列出了几种常用半导体封装形式的Rs+Rc。

大功率半导体器件用散热器风冷热阻计算公式和应用软件

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大功率半导体器件用散热器风冷热阻计算公式和 应用软件 2012-03-12 14:17:31作者：来源：中国电力电子产业网 文章概要如下： 一、计算公式 为了推导风冷散热器热阻计算公式作如下设定： 1，散热器是由很多块金属平板组成，平板一端连在一起成一块有一定厚度的基板，平板之间存在间隙，散热器的基本单元是一块平板; 2，平板本身具有一定的长度、宽度和厚度(L×l×b)。平板的横截面积A =L × b; 3，由n个平板(齿片)组成的散热器如图一所示，平板(齿片)数为n ; 4，由此可见，参数L即为散热器长，或称“截长”; 5，设散热器端面周长为“S”。 大功率半导体器件安装在基板上，工作时产生的热通过接触面传到散热器的过程属于固体导热。散热器平板周围是空气。风冷条件下平板上的热要传到空气中属于固体与流体间的传热。所以风冷散热器总热阻等于两部分热阻之和： Rzo(总热阻)= Rth(散热器内固体传热)+ Rthk(散热器与空气间的传热热阻) 引用埃克尔特和..德雷克着的“传热与传质”中的基本原理和公式。推导出如下实用公式：

Ks 为散热器金属材料的导热系数。20℃时，纯铝：KS = 千卡/ 小时米℃; 纯铜：Ks = 332 千卡/ 小时米℃;参数L、l、b、S的单位：米;风速us 单位：米/秒 如散热器端面的周边长为S 、散热器的长为L，忽略两端面的面积，散热器的总表面积为： A = S L 。代入上式后，强迫风冷条件下散热器总热阻公式也可写成： 对某一型号的散热器来说参数 Ks、b、n、S 都是常数。用此公式即可求出不同长度L、不同风速us条件下的总热阻，并可作出相应曲线。 本公式的精确性受到多种因素的影响存在一定误差。主要有： ⅰ，受到环境空气的温度、湿度、气压等自然因素的影响。如散热器金属的热导系数“Ks”与金属成分及散热器工作时温度有关，本文选用的是20℃时的纯铝。 ⅱ，文中所用的“风速”是指“平均风速”。 ⅲ，公式中描述散热器尺寸的b、n、S、L、l、五个参数不可能表达散热器外形的全部。这只是它的基本尺寸。 计算值和实际测试结果相比其误差值约在10%以下，风速较低时误差较大。 散热计算 高压变频器在正常工作时，热量来源主要是隔离变压器、电抗器、功率单元、控制系统等，其中作为主电路电子开关的功率器件的散热、功率单元的散热设计及功率柜的散热与通风设计最为重要。对igbt或igct功率器件来说，其pn结不得超过125℃，封装外壳为85℃。有研究表明，元器件温度波动超过±20℃，其失效率会增大8倍。 散热设计注意事项 (1)选用耐热性和热稳定性好的元器件和材料，以提高其允许的工作温度;

半导体热阻问题详解

半导体热阻问题详解 晶体管(或半导体)的热阻与温度、功耗之间的关系为： Ta=Tj-*P(Rjc+Rcs+Rsa)=Tj-P*Rja 下图是等效热路图： 公式中，Ta表示环境温度，Tj表示晶体管的结温， P表示功耗，Rjc表示结壳间的热阻，Rcs表示晶体管外壳与散热器间的热阻，Rsa表示散热器与环境间的热阻。Rja表示结与环境间的热阻。 当功率晶体管的散热片足够大而且接触足够良好时，壳温Tc=Ta，晶体管外壳与环境间的热阻Rca=Rcs+Rsa=0。此时 Ta=Tj-*P(Rjc+Rcs+Rsa)演化成公式T a=Tc=Tj-P*Rjc。 厂家规格书一般会给出，最大允许功耗Pcm、Rjc及(或) Rja等参数。一般Pcm是指在Tc=25℃或Ta=25℃时的最大允许功耗。当使用温度大于25℃时，会有一个降额指标。 以ON公司的为例三级管2N5551举个实例： 2N5551规格书中给出壳温Tc=25℃时的最大允许功耗是1.5W，Rjc是83.3度/W。 代入公式Tc=Tj- P*Rjc有：25=Tj-1.5*83.3可以从中推出最大允许结温T j为150度。一般芯片最大允许结温是确定的。 所以，2N5551的允许壳温与允许功耗之间的关系为：Tc=150-P*83.3。比如，假设管子的功耗为1W，那么，允许的壳温Tc=150-1*83.3=66.7度。 注意，此管子Tc =25℃时的最大允许功耗是1.5W，如果壳温高于25℃,功率就要降额使用。规格书中给出的降额为12mW/度(0.012W/度）。我们可以用公式来验证这个结论。假设壳温为Tc，那么，功率降额为0.012*(Tc-25)。则此时最大总功耗为1.5-0.012*(Tc-25)。把此时的条件代入公式Tc=Tj- P*Rjc得出：Tc=150-(1.5-0.012*(Tc-25))*83.3，公式成立。 一般情况下没办法测Tj，可以经过测Tc的方法来估算Tj。公式变为： Tj=Tc+P*Rjc 同样以2N5551为例。假设实际使用功率为1.2W，测得壳温为60℃，那么，Tj=60+1.2*83.3=159.96此时已经超出了管子的最高结温150度了！ 按照降额0.012W/℃的原则，60℃时的降额为(60-25)*0.012=0.42W，1.5-0. 42=1.08W。也就是说，壳温60℃时功率必须小于1.08W，否则超出最高结温。 假设规格书没有给出Rjc的值，可以如此计算：Rjc=(Tj-Tc)/P，如果也没有给出Tj数据，那么一般硅管的Tj最大为150℃。同样以2N5551为例。知道2

大功率半导体器件用散热器风冷热阻计算公式和应用软件

大功率半导体器件用散热器风冷热阻计算公式和 应用软件 2012-03-12 14:17:31 作者：来源：中国电力电子产业网 文章概要如下： 一、计算公式 为了推导风冷散热器热阻计算公式作如下设定： 1，散热器是由很多块金属平板组成，平板一端连在一起成一块有一定厚度的基板，平板之间存在间隙，散热器的基本单元是一块平板; 2，平板本身具有一定的长度、宽度和厚度(L×l×b)。平板的横截面积A =L ×b; 3，由n个平板(齿片)组成的散热器如图一所示，平板(齿片)数为n ; 4，由此可见，参数L即为散热器长，或称“截长”; 5，设散热器端面周长为“S”。 大功率半导体器件安装在基板上，工作时产生的热通过接触面传到散热器的过程属于固体导热。散热器平板周围是空气。风冷条件下平板上的热要传到空气中属于固体与流体间的传热。所以风冷散热器总热阻等于两部分热阻之和： Rzo(总热阻)= Rth(散热器内固体传热)+ Rthk(散热器与空气间的传热热阻) 引用E.R.G.埃克尔特和R.M..德雷克著的“传热与传质”中的基本原理和公式。推导出如下实用公式：

Ks 为散热器金属材料的导热系数。20℃时，纯铝：KS = 175.6 千卡/ 小时米℃; 纯铜：Ks = 332 千卡/ 小时米℃;参数L、l、b、S的单位：米;风速us 单位：米/秒 如散热器端面的周边长为S 、散热器的长为L，忽略两端面的面积，散热器的总表面积为：A = S L 。代入上式后，强迫风冷条件下散热器总热阻公式也可写成： 对某一型号的散热器来说参数Ks、b、n、S 都是常数。用此公式即可求出不同长度L、不同风速us条件下的总热阻，并可作出相应曲线。 本公式的精确性受到多种因素的影响存在一定误差。主要有： ⅰ，受到环境空气的温度、湿度、气压等自然因素的影响。如散热器金属的热导系数“Ks”与金属成分及散热器工作时温度有关，本文选用的是20℃时的纯铝。 ⅱ，文中所用的“风速”是指“平均风速”。 ⅲ，公式中描述散热器尺寸的b、n、S、L、l、五个参数不可能表达散热器外形的全部。这只是它的基本尺寸。 计算值和实际测试结果相比其误差值约在10%以下，风速较低时误差较大。 散热计算 高压变频器在正常工作时，热量来源主要是隔离变压器、电抗器、功率单元、控制系统等，其中作为主电路电子开关的功率器件的散热、功率单元的散热设计及功率柜的散热与通风设计最为重要。对igbt或igct功率器件来说，其pn结不得超过125℃，封装外壳为85℃。有研究表明，元器件温度波动超过±20℃，其失效率会增大8倍。 2.1散热设计注意事项 (1)选用耐热性和热稳定性好的元器件和材料，以提高其允许的工作温度;

功率半导体器件的热阻介绍

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