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：

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