散热传导和热阻

为了在理论上尽可能提高芯片的载流能力，必须通过改善结合层和模块同冷却片的接触，使功耗最低。在导通，截止过程中的散热质量和开关的热损耗Ptot，都可以通过芯片温度（Tj）和冷却片温度（Ts）的温差来表示。

热阻Rth(j-s)（静态）或者热抗Zth(j-s)（动态）的定义为：

以前为了表示截止层的温度还在字母下增加一个v 表示。但实际上只是一个测量值。对含有底板的模块，热阻或者热抗被分为外部部分（Rth(c-s) 和 Zth(c-s)，底板和冷却板间）和内部部分（Rth(j-c) 和 Zth(j-c)芯片和底板间）：

Rth(j-s) = Rth(j-c) + Rth(c-s)

Zth(j-s) = Zth(j-c) + Zth(c-s)

对没有底板模块就不太好分开测量，所以就定义一个总的阻抗。小功率元器件的结果同外部环境温度也有很大关联。图2.5.13 给出了一个带底板模块的等效图，这时的热阻是：

（d ：材料强度，λ：热传导率，A：电流穿过的面积）

一些模块内部的参数会对热传导和Rth(j-s) 及 Zth(j-s)有影响：- 芯片参数（面积，厚度，布局和放置）

- DCB 基板的构造（材料，厚度，基板表面结构）

- 连接芯片和基板的材料和质量（焊接，粘结等）

- 是否有底板（材料，形状）

- 基板和底板的焊接（材料，质量）

- 模块的安装（表面质量/同冷却片的连接效果，导热膏或导热膜的厚度和质

量）

通过联合使用热容量公式：

Cth = s · V

以及热等效模型，可以按几何形状计算出每层的热量，（s = 储热系数，V = 体积）。在计算面积和体积时，应考虑到热传导，在复杂的电源模块中，每层会相互加温（热耦合）。大部分理论上计算的热阻会低于实际的测量值。原因是除了散热的不确定性和相互热耦合性外，边界层会有干扰出现。这在等效模型中没有被考虑。所以这种等效模型对复杂的电子功率系统是不准确的。通常情况下，通过对计算值Rth 进行加权处理来得出同实际测量值相近的Rth 值。

Rth(j-s)再加上散热条件和环境条件决定了模块的最大允许功率损耗。电力半导体模块的发展方向就是减少层数，减少厚度（0.63 毫米→0.38 毫米陶瓷），以及使用热传导性能更好的材料（氮化铝，石墨）。这种发展使电压绝缘性和机械强度几乎接近材料的物理极限值。

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