功率器件熱設(shè)計及散熱計算
摘  要：本文介紹了功率器件的熱性能參數(shù)，并根據(jù)實際工作經(jīng)驗，闡述了功率器件的熱設(shè)計方法和散熱器的合理選擇。
關(guān)鍵詞：熱設(shè)計；功率器件；散熱計算；散熱器選擇
引言
    當(dāng)前，電子設(shè)備的主要失效形式就是熱失效。據(jù)統(tǒng)計，電子設(shè)備的失效有55％是溫度超過規(guī)定值引起的，隨著溫度的增加，電子設(shè)備的失效率呈指數(shù)增長。所以，功率器件熱設(shè)計是電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計中不可忽略的一個環(huán)節(jié)，直接決定了產(chǎn)品的成功與否，良好的熱設(shè)計是保證設(shè)備運行穩(wěn)定可靠的基礎(chǔ)。

功率器件熱性能的主要參數(shù)
    功率器件受到的熱應(yīng)力可來自器件內(nèi)部，也可來自器件外部。若器件的散熱能力有限，則功率的耗散就會造成器件內(nèi)部芯片有源區(qū)溫度上升及結(jié)溫升高，使得器件可靠性降低，無法安全工作。表征功率器件熱能力的參數(shù)主要有結(jié)溫和熱阻。

    器件的有源區(qū)可以是結(jié)型器件(如晶體管)的PN結(jié)區(qū)、場效應(yīng)器件的溝道區(qū)，也可以是集成電路的擴散電阻或薄膜電阻等。當(dāng)結(jié)溫Tj高于周圍環(huán)境溫度Ta時，熱量通過溫差形成擴散熱流，由芯片通過管殼向外散發(fā)，散發(fā)出的熱量隨著溫差(Tj-Ta)的增大而增大。為了保證器件能夠長期正常工作，必須規(guī)定一個最高允許結(jié)溫 Tj max。Tj max的大小是根據(jù)器件的芯片材料、封裝材料和可靠性要求確定的。

    功率器件的散熱能力通常用熱阻表征，記為Rt，熱阻越大，則散熱能力越差。熱阻又分為內(nèi)熱阻和外熱阻：內(nèi)熱阻是器件自身固有的熱阻，與管芯、外殼材料的導(dǎo)熱率、厚度和截面積以及加工工藝等有關(guān)；外熱阻則與管殼封裝的形式有關(guān)。一般來說，管殼面積越大，則外熱阻越小。金屬管殼的外熱阻明顯低于塑封管殼的外熱阻。

    當(dāng)功率器件的功率耗散達到一定程度時，器件的結(jié)溫升高，系統(tǒng)的可靠性降低，為了提高可靠性，應(yīng)進行功率器件的熱設(shè)計。
功率器件熱設(shè)計
    功率器件熱設(shè)計主要是防止器件出現(xiàn)過熱或溫度交變引起的熱失效，可分為器件內(nèi)部芯片的熱設(shè)計、封裝的熱設(shè)計和管殼的熱設(shè)計以及功率器件實際使用中的熱設(shè)計。

    對于一般的功率器件，只需要考慮器件內(nèi)部、封裝和管殼的熱設(shè)計，而當(dāng)功耗較大時，則需要安裝合適的散熱器，通過其有效散熱，保證器件結(jié)溫在安全結(jié)溫之內(nèi)正常可靠的工作。

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