大功率晶體管和集成電路的熱過程分析

蔡建國（武漢職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械系，湖北武漢430074）

    [摘    要]本文從分析晶體管的熱過程入手，得出了晶體管的熱阻R；與最大允許    集電極耗散功率P。的關(guān)系式。再通過對晶體管散熱途徑的分析及前面所得的關(guān)系式，得出了大功率晶體管及集成電路為什么要安裝散熱器。這種分析方法邏輯合理，過程清楚，理論充分，這種分析方法以前是沒有的。
 
  [關(guān)鍵詞]晶體管；集成電路；散熱器
    中圖分類號：TN43    文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A
    能量既不能創(chuàng)造也不能消失，只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式。在現(xiàn)代電子設(shè)備中，由于電子元器件的效率較低，輸入的電能除一部分做有用功外，還有相當(dāng)一部分做無用功。這部分能量轉(zhuǎn)化成了熱能，使電子設(shè)備的元器件及機(jī)殼發(fā)熱。如不能有效散去這些熱能，就會使這些元器件、設(shè)備性能變壞，可靠性降低甚至不能工作。事實(shí)上電子設(shè)備的故障很大一部分是由于元器件溫度過高而引起的。
例如電真空器件的損失有90%是由于溫度過高引起的。所似散熱問題是電子設(shè)備很重要的一個問題。電子設(shè)備的散熱分兩個方面，一個是元器件本身的熱量如何散走，另一個是電子設(shè)備的熱量如何散走。從散熱的方法上來看常用的有自然散熱、強(qiáng)迫風(fēng)冷、液體冷卻、熱管冷卻、蒸發(fā)冷卻、半導(dǎo)體致冷、靜電致冷等。散熱器致冷屬于自然散熱范圍。
  晶體管和集成電路的散熱方式根據(jù)其使用功率或熱流密度的大小而不同。當(dāng)晶體管的使用功率小于lOOmw或集成電路的熱流密度小于0.6w/cm2時一般不加散熱器，主要靠其外殼及本身引線的對流輻射和傳導(dǎo)散熱，這類情況比較簡單。當(dāng)晶體管使用功率大于lw或集成電路的熱流密度大于0.6w/cm/時，則采取散熱器散熱。本文主要討論這種情況，并且以晶體管為主討論，其方法對集成電路也適用。當(dāng)晶體管使用功率在lOOmw到lw之間時，屬過渡狀態(tài)，散熱方式視具體條件而定。如散熱環(huán)境良好，則可利用自身散熱，否則利用散熱器散熱。
    一、晶體管工作的熱過程分析
    用P。表示晶體管的集電極耗散功率，單位為瓦。它等于管子所加電壓VCE和通過管子集電極的電流I。的乘積。由于Pe的存在會在集電結(jié)上產(chǎn)生熱量使集電結(jié)的結(jié)溫Tj逐漸升高。用T。表示晶體管周圍的環(huán)境溫度，用R。表示從集電結(jié)向管殼外的環(huán)境散熱的阻力大小，該阻力即熱阻。用Q表示集電結(jié)向環(huán)境散熱的能力，單位也為瓦。

 

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