半导体功率器件的散热设计
MOSFET功率开关器件的散热计算
MOSFET功率开关器件的散热计算MOSFET（金属-氧化物-半导体场效应晶体管）是一种常用的功率开关器件，用于调节和控制电子电路中的功率输出。
在工作过程中，MOSFET 会产生一定的功耗，这会导致器件升温，为了保证器件的正常工作，需要进行散热计算。
散热计算的目的是确定器件的热阻和最大工作温度，以便选择适当的散热方式，以及确定散热器的大小和材料。
首先，我们需要了解MOSFET的功耗，计算器件的热阻和最大工作温度。
1.功耗计算：-静态功耗是指器件处于稳态工作时的功耗，主要是由电流引起的导通压降和漏极电流引起的静态功耗。
-动态功耗是指在开关过程中，由于MOSFET开关速度造成的功耗。
静态功耗可以通过电流和导通压降计算得出，动态功耗则需要根据MOSFET的开关速度和应用场景来进行估算。
一般来说，静态功耗较小，可以忽略不计，因此我们主要关注动态功耗。
2.热阻计算：热阻由两个组成部分构成：导热阻（junction-to-case thermal resistance）和散热阻（case-to-ambient thermal resistance）。
-导热阻是指热量从MOSFET结到器件封装外壳的传导阻力。
-散热阻是指热量从器件封装外壳传递到周围环境的散热阻力。
导热阻可以通过器件手册或厂商提供的数据手册来获得，散热阻可以通过热量传导理论和计算公式来估算。
3.最大工作温度：最大工作温度可以通过器件手册或厂商提供的数据手册来获得。
有了以上的基础知识，我们可以按照以下步骤进行MOSFET的散热计算：1.根据应用场景和数据手册提供的参数，计算出MOSFET的功耗。
2.根据功耗计算出MOSFET的热阻（包括导热阻和散热阻）。
3.确定最大工作温度，通常根据数据手册提供的温度参数来确定。
4.根据最大工作温度和热阻，计算出器件离开环境的温度差。
5.根据热耗的温度差和功耗，计算出散热器的尺寸和材料。
需要注意的是，散热计算是一个非常复杂的过程，涉及到多方面的因素，包括器件的封装类型、散热器的设计和材料选择等。
半导体传热及IGBT热模型基本原理、散热特点、建立与测试方法
T度,型的方式对其进行预测。
半导体传热及IGBT 热模型基本原理、散热特点、建立与测试方法、概述:随着电力电子功率模块不断的提高功率密度，缩小封装的体积，提咼应用频率。
半导体器件，尤其是功率电子器件面临的散热挑战日益提高,封装和散热成为电子产品设计的热门词汇。
在新能源电驱系统中，芯片作为电驱系统中最为关键的功率器件，其工作的热稳定性成为评价电驱系统性能高低的关键。
因此，需要对其在不同工况下传热的过程以及影响作深入的研究。
在芯片的封装模块内部厂商会集成测温的温度传感器用于监控芯片温度，但是该传感器一般封装在芯片的陶瓷基板上，无法直接测量获得芯片结温的温度。
同时，由于温度传感器作为温度传感具有一定的时间常数，该常数远大于芯片晶元温度的上升速因此无法通过温度传感器的监控温度直接对芯片的晶元进行保护。
对于芯片晶元温度的监控，业内基本上都认可通过建立“热模该方法是通过对芯片的传热路径和散热条件进行数学建模，完成热阻-热容的热参数网络搭建，通过计算芯片实时损耗的热网络响应结果，从而获得芯片结温的实时变化。
二、传热学基本概念：存在三种基本的热传递形式：传导，对流，辐射。
在实际的工程应用中，这三种基本的传热形式一般同时存在，甚至伴随着物质的相变（比如冷凝器）等一系列复杂的物理过程。
控制器不同部位的热交换比下图是某电机控制器内部不同零部件，不同传热形式的所占比重数据，可以看出不同部位元件其传热形式存在较大的差别，因此很难采用某一个传热学定律或者公式对其传热过程进行描述。
因此，对这种综合传热条件的情况需要使用有限元的分析方法，.92戲旬（:将物理模型进行网格剖分之后，在局部空间进行有限元方程的求解获得各个有限元内部的传热情况。
三、半导体器件的散热特点：有限兀方法能够准确全面地描述工程传热问题，但是其算法精度依赖于物理模型和求解器的优劣，是一个完全正向的开发流向，必须通过不断的优化模型和算法逼近真实的结果。
但是，在实际应用中很难获得系统中各个层级的模型参数，大部分的结果还是得依靠测试进行标定。
toll封装mos 散热方法
toll封装mos 散热方法【原创版3篇】目录（篇1）1.Toll 封装介绍2.MOS 散热的挑战3.Toll 封装在 MOS 散热中的应用4.Toll 封装的优点5.结论正文（篇1）1.Toll 封装介绍Toll 封装是一种用于微波和射频应用的半导体封装技术。
这种封装方法通过在芯片表面形成一层金属外壳，以实现更高的导热性能和更好的电磁屏蔽效果。
由于其优异的性能，Toll 封装在许多领域得到了广泛应用，如微波功率放大器、射频开关和振荡器等。
2.MOS 散热的挑战随着现代电子设备性能的不断提升，其功耗也在逐渐增加。
这给功率放大器、微波和射频应用等设备的散热带来了挑战。
在这些应用中，MOS （金属 - 氧化物 - 半导体）器件由于其高导电性和低阻抗特性，被广泛使用。
然而，MOS 器件在运行过程中会产生大量的热量，如何有效地进行散热成为了一个亟待解决的问题。
3.Toll 封装在 MOS 散热中的应用为了解决 MOS 器件的散热问题，研究人员开始探讨将 Toll 封装技术应用于 MOS 散热。
通过在 MOS 器件表面形成一层金属外壳，Toll 封装可以提高器件的导热性能，使热量更容易从器件内部传导到外部。
此外，Toll 封装还可以提供良好的电磁屏蔽效果，减小外部电磁环境对 MOS 器件的影响。
4.Toll 封装的优点Toll 封装在 MOS 散热方面具有以下优点：（1）优异的导热性能：Toll 封装采用金属材料作为外壳，具有较高的热导率，可以有效地传导和分散 MOS 器件产生的热量。
（2）良好的电磁屏蔽效果：Toll 封装可以有效地屏蔽外部电磁干扰，保护 MOS 器件免受损坏。
（3）简化的散热设计：Toll 封装可以简化散热系统的设计，降低设备成本和重量。
5.结论总之，Toll 封装技术在 MOS 散热方面具有很大的潜力。
通过采用Toll 封装，可以提高 MOS 器件的散热性能，延长器件寿命，提高整个系统的可靠性。
变频器中的IGBT模块损耗计算及散热系统设计
变频器中的IGBT模块损耗计算及散热系统设计一、本文概述随着电力电子技术的快速发展，变频器作为电能转换与控制的核心设备，在工业自动化、新能源发电、电动汽车等领域得到了广泛应用。
绝缘栅双极晶体管（IGBT）作为变频器的关键功率器件，其性能直接影响到变频器的效率和可靠性。
IGBT模块的损耗计算和散热系统设计是变频器设计中的重要环节，对于提高变频器性能、降低运行成本、延长设备寿命具有重要意义。
本文旨在探讨变频器中IGBT模块的损耗计算方法和散热系统设计原则。
我们将分析IGBT模块的工作原理和损耗产生机制，包括通态损耗、开关损耗等。
在此基础上，我们将介绍损耗计算的数学模型和计算方法，以及如何通过实验手段验证计算结果的准确性。
我们将重点讨论散热系统的设计原则和优化方法，包括散热器结构设计、散热风扇的选择与控制、散热系统的热仿真分析等。
本文将总结一些实际应用中的经验教训，提出针对IGBT模块损耗计算和散热系统设计的优化建议，为变频器设计工程师提供有益的参考。
通过本文的研究，我们期望能够为变频器设计中的IGBT模块损耗计算和散热系统设计提供理论支持和实践指导，推动变频器技术的持续发展和应用创新。
二、IGBT模块损耗计算绝缘栅双极晶体管（IGBT）是变频器中的关键元件，其性能直接影响变频器的效率和可靠性。
IGBT模块的损耗计算是散热系统设计的基础，对于确保变频器的稳定运行具有重要意义。
IGBT模块的损耗主要包括通态损耗和开关损耗两部分。
通态损耗是指IGBT在导通状态下，由于电流通过而产生的热量损耗。
开关损耗则发生在IGBT的开通和关断过程中，由于电压和电流的乘积在时间上的积分不为零，导致能量损失。
通态损耗的计算公式为：Pcond = Icoll * Vce(sat)，其中Icoll 为集电极电流，Vce(sat)为饱和压降。
饱和压降是IGBT导通时电压降的一个重要参数，它与集电极电流、结温和门极电流等因素有关。
半导体模块散热器选择及使用原则
半导体模块散热器选择及使用原则半导体模块散热器选择及使用原则一、金旗舰散热器选择的基本原则1，散热器选择的基本依据IGBT散热器选择要综合根据器件的耗散功率、器件结壳热阻、接触热阻以及冷却介质温度来考虑。
2，器件与散热器紧固力的要求要使器件与散热器组装后有良好的热接触，必须具有合适的安装力或安装力矩，其值由器件制造厂或器件标准给出，组装时应严格遵守不要超出规定的范围。
3，散热器的额定冷却条件自冷散热器：环境温度最好不高于40℃，安装时散热器翼片要垂直布置，上下端面不能有阻挡，以便散热器周围有良好的空气自然对流的环境和通道。
风冷散热器：进口空气温度控制在40℃以下，进口端风速最好达到6米/秒。
水冷散热器：进口水温不高于35℃。
水流量要根据散热总热量需要和进出水设计温差决定。
4，选用散热器的综合考虑选用散热器应综合考虑散热器的散热能力范围、冷却方式、技术参数和结构特点，一种器件仅从技术参数看，可能有两、三种散热器均能满足要求，但应结合冷却、安装、通用互换和经济性综合考虑选取。
二、选用散热器的一般方法用户对散热器的选取应根据器件工作时的实际冷却条件，稳、瞬态负载情况，适当考虑安全系数，按稳态不超过器件最高工作结温来考虑。
1，根据器件在电路中工作的电流波形和导通角，确定器件工作时的的平均电流IAV，由IAV计算出该电流的有效值IRMS IRMS = F·I AV F为波形系数。
2，由IRMS 或180°导通角时IAV ，并结合器件浪涌电流，确定器件型号。
IAV =IRMS/1.57。
3，由所选器件的最大允许管壳温度Tc与主电流IAV的关系曲线，查得器件在工作点IAV 所对应的Tc值。
或根据所选器件的有关参数按如下方法计算出Tc值。
Tc = Tjm - Rjc·PAVTjm为器件的最大允许最高工资结温，普通整流管为150℃，普通晶闸管为125℃，快速晶闸管为115℃Rjc为器件的结壳热阻。
半导体功率器件的散热计算(精)
半导体功率器件的散热计算晨怡热管2006-12-31 0:58:06【摘要】本文通过对半导体功率器件发热及传热机理的讨论，导出了半导体功率器件的散热计算方法。
【关键词】半导体功率器件功耗发热热阻散热器强制冷却一、半导体功率器件的类型和功耗特点一般地说，半导体功率器件是指耗散功率在1瓦或以上的半导体器件。
按照半导体功率器件的运用方式，可分为半导体功率放大器件和半导体功率开关器件。
1、半导体功率放大器件半导体功率放大器又因其放大电路的类型分为甲类放大器、乙类推挽放大器、甲乙类推挽放大器和丙类放大器。
甲类放大器的理论效率只有50%，实际运用时则只有30%左右；乙类推挽放大器的理论效率也只有78.5%，实际运用时则只有60%左右；甲乙类推挽放大器和丙类放大器的效率介乎甲类放大器和乙类推挽放大器之间。
也就是说，半导体功率放大器件从电源中取用的功率只有一部分作为有用功率输送到负载上去，其余的功率则消耗在半导体功率放大器件上，半导体功率放大器在工作时消耗在半导体功率放大器件上的功率称为半导体功率放大器件的功耗。
半导体功率放大器件的功耗为其集电极—发射极之间的电压降乘以集电极电流：P D=U ce·I c（式1—1）式中P D为半导体功率放大器件的功耗（单位W）。
U ce为半导体功率放大器件集电极—发射极之间的电压降（单位V）。
I c为半导体功率放大器件的集电极电流（单位A）。
线性调整型直流稳压电源中的调整管是工作在放大状态的半导体功率放大器件，所以其功耗的计算和半导体功率放大器件的功耗计算是相似的。
例如一个集成三端稳压器，其功耗就是：输入端—输出端电压差乘以输出电流。
2、半导体功率开关器件半导体功率开关器件例如晶体闸流管、开关三极管等。
它们的工作状态只有两个：关断（截止）或导通（饱和）。
理想的开关器件在关断（截止）时，其两端的电压较高，但电流为零，所以功耗为零；导通（饱和）时流过它的电流较大，但其两端的电压降为零，所以功耗也为零。
功率器件的散热计算及散热器选择详细说明
功率器件的散热计算及散热器选择H e a t D i s p e r s i o n C a l c u l a t i o n F o r P o w e r D e v i c e s a n d R a d i a t o r s S e l e c t i o n功率管的散热基础理论功率管是电路中最容易受到损坏的器件.损坏的大部分原因是由于管子的实际耗散功率超过了额定数值.那么它的额定功耗值是怎样确定的,还有没有潜力可挖呢?让我们来分析一下.晶体管耗散功率的大小取决于管子内部结温Tj. 当Tj 超过允许值后,电流将急剧增大而使晶体管烧毁.硅管允许结温一般是125~200℃,锗管为85℃左右(具体标准在产品手册中给出).耗散功率是指在一定条件下使结温不超过最大允许值时的电流与电压乘积.管子消耗的功率越大,结温越高.要保证结温不超过允许值,就必须将产生热散发出去.散热条件越好,则对应于相同结温允许的管耗越大,输出也就越大.因此功率管的散热问题是至关重要的.热阻为了描述器件的散热情况,引入热阻的概念.电流流过电阻R ，电阻消耗功率RI 2[W]（每秒RI 2焦耳能量），导致电阻温度上升。
用隔热材料覆盖电阻，电阻产生的热量不能散发时，则电阻温度随着时间增加而上升，直至电阻烧坏。
一般而言，二物体间的温差越大，温度高的物体向低的物体移动量增多。
某电阻置于空气中（如图6.33所示），由于流过电流向电阻提供功率，这功率变为热能。
在使电阻温度生高的同时，部分热能散发于空气中。
开始有电流流过电阻时，电阻温度不高，因此散发的热也小，电阻温度逐渐上升，散发的热量也上升与用电阻表示对电流的阻力类似.热阻表示热传输时所受的阻力.即由U1-U2=I ×R 可有类似的关系T1-T2=P ×R T (1-1)其中T1-T2为两点温度之差,P 为传输的热功率,R T 是传输单位功率时温度变化度数,单位是℃/W.RT 越大表明相同温差下散发的热能越小.于是结温Tj,环境温度Ta,管耗PCM 及管子的等效热阻R T 之间有以下的关系 Tj-Ta=P CM ×RT (1-2)若环境温度一定(常以25℃为基准), Tj 已定,则管子等效热阻越小,管耗P CM 就越可以提高.下面我们来看看管子的散热途径及等效热阻的情况.以晶体管为例.图1-1(a)是晶体管散热的示意图.从管芯(J-Junction)到环境(A-Ambient)之间有几条散热途径: 管芯(J)到外壳(C-Case),通过外壳直接向环境(A)散热;或通过散热器(S)(中间有界面)向环境散热.不同的管芯(指材料、工艺不同)本身的散热情况不同,或者说热阻不同.外壳、散热器等的热阻也各不相同.我们可用一个等效电路来模拟这个散热情况,如图1-1(b)所示.散发的热能Pc 表示为电流的形式;两点的温度分别为结温Tj,和环境温度Ta;结到外壳的热租用Rjc 表示,外壳到环境用Rca 表示,外壳到散热器用Rcs 表示,散热器到环境用Rsa 表示,加散热器后有两条并存的散热途径.图1-1 晶体管散热情况分析(a)晶体管散热示意图 (b)散热等效电路对于小功率管,一般不用散热器,则管子的等效热阻为R T = Rjc+ Rca (1-3)而大功率管加散热器后,一般总有Rcs+ Rsa<<Rca,则R T ≈ Rjc+ Rcs+ Rsa (1-4) 不同的管子Rjc 不同,比如MJ21195的Rjc=0.7℃/W,而MJE15034的Rjc=2.5℃/W. Rca 与管壳的材料和几何尺寸有关. Rsa 与散热器的材料(铝、铜等)及散热面积等有关.并且发现将它垂直放置比水平放置散热效果好,表面钝化涂黑又可改进热外壳C 散热器S (a)Pc (b) 易腾科技有限公司w w w s r p .c o mRcs 是管壳与散热器界面的热阻.可分为接触热阻和绝缘层热阻.接触热阻取决于接触面的情况,如面积大小、压紧程度等.若在界面涂导热性能较好的硅脂可减少热阻.当需要与散热器绝缘时(如利用外壳、底座进行散热的情况),垫入绝缘层也会形成热阻.绝缘层可以是0.05~0.1mm 厚的云母片或采用阳极氧化法在表面形成的绝缘层.若已知管子的总热阻为R T ,则在环境温度为T A 时允许的最大耗散功率可由式(1-2)得出.在产品手册上给出的管耗只在指定散热器(材料、尺寸一定)及一定环境温度下的最大允许值.若散热条件发生变化,则允许的管耗也应随之改变.对于其它类型的器件(包括集成功放等),耗散功率和散热的关系均与此类似.因此在使用中必须注意环境温度及合适的散热器(同时要注意器件与散热器的压紧情况等),才能获得所需的功率.图1-2 铝散热板的热阻实际产品设计的散热计算目前的电子产品主要采用贴片式封装器件，但大功率器件及一些功率模块仍然有不少用穿孔式封装，这主要是可方便地安装在散热器上，便于散热。
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)引用埃克尔特和..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 = 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”。
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。
igbt散热
IGBT散热什么是IGBT？IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）是一种功率半导体器件，结合了双极型晶体管（Bipolar Transistor）和MOSFET（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）的优点。
它在高电压和高电流应用中具有很高的开关速度和低导通压降。
IGBT通常用于需要高功率开关的应用中，例如电力传输、工业驱动器和电动汽车。
IGBT散热的重要性由于IGBT在高功率应用中产生大量的热量，散热是非常重要的。
高温会影响IGBT的性能，并有可能导致其失效。
因此，合理而有效地散热是保障IGBT可靠工作的关键。
IGBT散热解决方案散热器散热器是最常见的IGBT散热解决方案之一。
散热器通过辐射和传导的方式将IGBT产生的热量传递到周围环境中。
常见的散热器类型包括铝制散热器、铜制散热器和风冷散热器。
根据实际需求选择合适的散热器是确保IGBT散热效果良好的关键。
散热剂散热剂是提高散热器效果的另一种解决方案。
散热剂通过填充散热器与IGBT之间的空隙，提高热传导效率。
常见的散热剂材料包括硅脂和硅胶。
使用散热剂可以有效降低IGBT的工作温度，提高散热效果。
强制风冷系统在一些高功率应用中， pass busy数高、导通损耗大的IGBT需要额外的冷却。
强制风冷系统是一种常见的解决方案，它通过风扇或压缩空气将冷却介质（通常是空气）传递到IGBT上，迅速带走热量。
强制风冷系统可以提供较好的散热效果，适用于高温环境下的应用。
热管散热热管散热是一种适用于限空应用的散热解决方案。
热管利用液体在低压下的蒸发和凝结来传递热量，使得热量能够更有效地从IGBT传递到散热器。
热管散热最大的优点是可以在有限的空间中实现高效的散热效果。
IGBT散热设计要点计算散热需求在设计散热方案之前，需要准确计算IGBT的散热需求。
这包括IGBT的损耗功率、导热系数和最大工作温度等参数。
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-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1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。
功率VDMOS设计与优化方法的研究
功率VDMOS设计与优化方法的研究摘要：功率VDMOS（Vertical Double-diffused Metal-Oxide-Semiconductor）器件是一种常见的功率半导体器件，被广泛应用于电力电子领域。
本文以功率VDMOS设计与优化方法为研究对象，探讨了该器件的结构、工作原理以及设计与优化方法。
通过分析功率VDMOS的内部结构和工作原理，我们了解到该器件由漏极、源极、栅极和衬底四部分组成。
在正向工作过程中，当栅极电压为正时，形成漏极-源极间的导通路径，从而实现功率开关操作。
为了提高功率VDMOS的性能，研究者提出了多种设计与优化方法。
首先，根据功率VDMOS的应用需求，合理选择材料和工艺参数。
功率VDMOS的漏极材料通常采用高掺杂的N型硅材料，而栅极材料则选择金属材料，如铝或铜。
此外，通过调整掺杂浓度和尺寸等参数，可以优化器件的导通与断开性能。
其次，结构设计是提高功率VDMOS性能的重要方法。
通过改变器件的结构尺寸和形状，可以优化电场分布和电流密度分布，从而提高器件的导通能力和散热能力。
常见的结构设计包括缩小通道长度、加宽漏极区域、增加栅极金属功率线等。
最后，优化电路布局和散热设计也是提高功率VDMOS性能的关键。
合理布局器件和电路，减小电流回路的长度和电阻，可以降低功率损耗和温升。
同时，合理设计散热系统，增加散热面积和散热通道，可以有效降低器件温度，提高可靠性和稳定性。
通过以上方法的研究与应用，可以有效提高功率VDMOS的性能。
然而，需要注意的是，在设计与优化过程中，需要综合考虑器件的电气特性、热特性以及可靠性等因素，以实现最佳的设计与优化效果。
关键词：功率VDMOS，设计与优化，材料选择，结构设计，电路布局，散热设计。
半导体发热
半导体发热1. 引言半导体发热是指在半导体器件工作过程中产生的热量。
随着半导体技术的迅速发展，半导体器件在电子设备中的应用越来越广泛，因此对于半导体发热的研究和管理变得尤为重要。
本文将对半导体发热的原因、影响因素、测量方法以及散热技术进行全面详细的介绍。
2. 半导体发热的原因半导体器件在工作过程中发热的主要原因是电流通过半导体材料时产生的功耗。
根据欧姆定律，当电流通过半导体器件时，会产生电阻热。
此外，半导体器件中的PN结在正向偏置时也会产生少量的热量。
因此，半导体器件的发热主要来自于电阻热和PN结的热效应。
3. 影响半导体发热的因素半导体发热受到多种因素的影响，以下是一些主要因素的介绍：3.1 电流大小电流的大小是影响半导体发热的最重要的因素之一。
根据功率公式P=I^2*R，功率与电流的平方成正比。
因此，电流的增加会导致器件发热量的显著增加。
3.2 工作温度半导体器件的工作温度也会对发热量产生影响。
一般来说，温度越高，材料的电阻率会增加，从而导致更多的功率转化为热量。
此外，高温环境下，半导体器件的导热性能会下降，从而影响散热效果。
3.3 设计和结构半导体器件的设计和结构也会对发热量产生影响。
例如，器件的封装材料和散热结构会影响热量的传导和散发。
优化器件的设计和结构可以有效地降低发热量。
4. 半导体发热的测量方法为了准确测量半导体器件的发热量，需要采用适当的测量方法。
以下是常用的几种测量方法：4.1 热电偶法热电偶法是一种常用的测量半导体器件发热量的方法。
该方法通过在器件附近放置热电偶，测量器件表面的温度差，从而计算出发热量。
热电偶法具有测量精度高、应用范围广的特点。
4.2 红外热像法红外热像法是一种非接触式的测量方法，通过红外热像仪测量器件表面的红外辐射，从而获得器件的温度分布图。
该方法可以用于测量大面积的器件发热量，并可以实时观察器件的热状态。
4.3 热敏电阻法热敏电阻法是一种简单的测量方法，通过测量器件表面的热敏电阻的电阻值变化，来间接测量器件的温度变化。
半导体器件的热阻和散热器设计资料
半导体器件的热阻和散热器设计一、半导体器件的热阻：功率半导体器件在工作时要产生热量，器件要正常工作就需要把这些热量散发掉，使器件的工作温度低于其最高结温Tjm 。
器件的散热能力越强，其实际结温就越低，能承受的功耗越大，输出功率也越大。
器件的散热能力取决于热阻，热阻用来表征材料的热传导性能，以单位功耗下材料的温升来表示，单位是℃/W 。
材料的散热能力越强则热阻越小，温升高则表示散热能力差，热阻大。
二、半导体器件热阻的分布：Rt1表示从结到外壳的热阻 Rt2表示外壳到器件表面的热阻Rta 表示从结到器件表面的热阻，即Rta=Rt1+Rt2 Rtd 为散热板到周围空气的热阻设未加散热板时的总热阻为Rt ，加散热板后的总热阻为Rts ，则有：Rts=Rta+Rtd<<Rt设半导体器件的最高允许结温为Tjm ，最高环境结温为Tam ，加散热板后器件的实际功耗为Pd ：tdta amjm ts d R R T T R T P −−=Δ=令Pdd 为设计功耗，Pdm 为最大允许功耗，则：Pd ≤Pdd ≤Pdm 可以得到Rtd：ta ddamjm tdR P T T R −−=在确定散热板面积时要用到Rtd 值。
三、常见功率器件封装的热学参数：国外封装 TO-220 TO-3 TO-66 TO-39国内封装S-7 F-2 F-1 B-4 结到外壳的热阻Rt1（℃/W ） 3 3 3 11 最大允许功耗Pdm （W ）10 20 10 0.7 不加散热片时结到周围空气的总热阻Rt （℃/W ） 62.5 40 50 210 直接与散热板接触 7 6 6.5 26 涂导热硅脂1 1 1 加散热片后结到器件表面的热阻Rta （℃/W ） 加0.05mm 厚的云母绝缘衬垫1.8 1.8 1.8 常见器件型号780079007800 790078M00 79M0079L00 79L00四、自然冷却下散热板热阻与表面积的关系：图中给出铝板和铁板的曲线，板厚均为2mm ，散热板垂直放置，自然冷却，器件装在散热板中心位置。
半导体功率器件的散热计算(精)
半导体功率器件的散热计算晨怡热管2006-12-31 0:58:06【摘要】本文通过对半导体功率器件发热及传热机理的讨论，导出了半导体功率器件的散热计算方法。
【关键词】半导体功率器件功耗发热热阻散热器强制冷却一、半导体功率器件的类型和功耗特点一般地说，半导体功率器件是指耗散功率在1瓦或以上的半导体器件。
按照半导体功率器件的运用方式，可分为半导体功率放大器件和半导体功率开关器件。
1、半导体功率放大器件半导体功率放大器又因其放大电路的类型分为甲类放大器、乙类推挽放大器、甲乙类推挽放大器和丙类放大器。
甲类放大器的理论效率只有50%，实际运用时则只有30%左右；乙类推挽放大器的理论效率也只有78.5%，实际运用时则只有60%左右；甲乙类推挽放大器和丙类放大器的效率介乎甲类放大器和乙类推挽放大器之间。
也就是说，半导体功率放大器件从电源中取用的功率只有一部分作为有用功率输送到负载上去，其余的功率则消耗在半导体功率放大器件上，半导体功率放大器在工作时消耗在半导体功率放大器件上的功率称为半导体功率放大器件的功耗。
半导体功率放大器件的功耗为其集电极—发射极之间的电压降乘以集电极电流：P D=U ce·I c（式1—1）式中P D为半导体功率放大器件的功耗（单位W）。
U ce为半导体功率放大器件集电极—发射极之间的电压降（单位V）。
I c为半导体功率放大器件的集电极电流（单位A）。
线性调整型直流稳压电源中的调整管是工作在放大状态的半导体功率放大器件，所以其功耗的计算和半导体功率放大器件的功耗计算是相似的。
例如一个集成三端稳压器，其功耗就是：输入端—输出端电压差乘以输出电流。
2、半导体功率开关器件半导体功率开关器件例如晶体闸流管、开关三极管等。
它们的工作状态只有两个：关断（截止）或导通（饱和）。
理想的开关器件在关断（截止）时，其两端的电压较高，但电流为零，所以功耗为零；导通（饱和）时流过它的电流较大，但其两端的电压降为零，所以功耗也为零。
半导体器件的散热设计与优化考核试卷
6.提高散热器材料的热导率可以降低热阻。（）
7.散热设计时，只需考虑散热器本身的性能，无需考虑环境因素。（）
8.在高功率半导体器件中，风冷散热方式足够有效。（）
9.散热器的设计只需考虑导热性能，无需考虑机械强度。（）
10.通过优化散热设计，可以延长半导体器件的使用寿命。（）
B.降低散热器材料热导率
C.增加散热器热阻
D.优化散热器形状和尺寸
( )
20.以下哪种散热设计方法可以提高器件的可靠性和寿命？
A.提高散热器热阻
B.降低散热器材料热导率
C.减小散热器体积
D.优化散热器与器件的接触热阻
( )
二、多选题（本题共20小题，每小题1.5分，共30分，在每小题给出的四个选项中，至少有一项是符合题目要求的）
( )
13.散热器材料的选择取决于以下哪些因素？
A.热导率
B.成本
C.质量轻
D.抗腐蚀性
( )
14.以下哪些散热设计方法可以提高热效率？
A.使用高热导率材料
B.优化散热器形状
C.减少散热器与器件之间的热阻
D.提高环境温度
( )
15.在高功率半导体器件中，以下哪些散热方式可能被采用？
A.液冷
B.热管散热
四、判断题
1. ×
2. ×
3. √
4. ×
5. ×
6. √
7. ×
8. ×
9. ×
10. √
五、主观题（参考）
1.散热设计对半导体器件至关重要，它能防止器件过热，提高性能和寿命。主要考虑因素包括器件功耗、热阻、散热器材料和设计等。
2.主动散热依赖外部能源，如风冷、水冷等；被动散热不依赖外部能源，如自然散热、热管散热。主动散热例子：风冷、水冷。
半导体散热原理
半导体散热原理一、引言半导体器件是电子行业中最重要的组成部分之一，其应用广泛，包括计算机、手机、平板电脑等。
随着半导体器件的不断发展，其功率密度也在不断提高，因此散热问题变得越来越重要。
本文将详细介绍半导体散热原理。
二、半导体器件的散热问题半导体器件在工作过程中会产生大量的热量，如果不能及时散热，就会影响器件的性能和寿命。
因此，如何有效地散热成为了一个非常重要的问题。
三、散热原理半导体器件的散热原理主要有三种：传导、对流和辐射。
1. 传导传导是指热量通过物质内部传递。
在半导体器件中，热量主要通过芯片和散热片之间的接触面传递。
因此，在设计散热系统时需要选择合适的材料和加工工艺来保证接触面积和接触压力。
2. 对流对流是指通过流动介质（如空气）来传递热量。
在半导体器件中，空气是最常用的流动介质。
因此，在设计散热系统时需要考虑空气的流动情况和散热片的形状。
3. 辐射辐射是指通过电磁波来传递热量。
在半导体器件中，辐射通常不是主要的散热方式，但在高温环境下也会产生一定的影响。
因此，在设计散热系统时需要考虑器件周围的温度和电磁波的影响。
四、散热系统设计为了有效地解决半导体器件的散热问题，需要进行合理的散热系统设计。
具体步骤如下：1. 确定散热需求首先需要确定半导体器件产生的热量和所需的散热能力。
这可以通过测量芯片表面温度和功率来确定。
2. 选择合适的材料和加工工艺根据传导原理，需要选择合适的材料和加工工艺来保证接触面积和接触压力。
通常使用铜或铝作为散热片材料，并采用钻孔或切割等加工工艺。
3. 设计散热片形状根据对流原理，需要设计合适的散热片形状来增加空气流动。
通常采用鳍片或螺旋形等结构。
4. 选择合适的风扇为了增加空气流动，需要选择合适的风扇。
通常需要考虑风扇的转速、噪音和寿命等因素。
5. 控制温度为了保证半导体器件的稳定性和寿命，需要控制器件周围的温度。
这可以通过控制风扇转速、调节散热片面积和使用温度传感器等方法来实现。
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半导体功率器件的散热设计
摘要：本文主要阐述功率器件的散热原理及加装散热器的必要性，介绍如何正确选用散热器。
关键词：结温；散热器；散热；热阻
Abstrct: This papermainly expounds the necessityandprinciple of powerdevices withheatradiator,introduceshow to choose the rightradiator.
Keyword: junction temperature radiator coolingthermalresistance
引言
半导体功率器件是多数电子设备中的关键器件，其工作状态的好坏直接影响整机可靠性。
相关实验已经证明，器件工作温度直接影响其自身的可靠性，但是在功率转换电路中，器件自身会消耗一部分能量，这部分能量会转换为热量，使器件的管芯发热、结温升高，当结温超过器件自身规定的允许值时，电流会急剧增大而使晶体管烧毁。
要保证结温不超过允许值，就必须将产生的热量有效的散发出去。
要解决散热问题可以从如下两方面入手，一是通过优化设计方式来减少发热量，如采用通态压降低的器件；另一方面是利用传导、对流、辐射的传热原理，将热量快速释放到周围环境中去，以减少热积累，使器件工作温度降低，如采用合适的散热器。
本文主要针对上述第二个方面进行探讨，分别从热设计相关概念、散热过程、正确选用散热器方法以上三个方面进行分析，以实例介绍方法的有效性。
散热过程是一个非常复杂的过程，影响因素较多，本文仅针对关键参数进行介绍，所有计算均为理想计算，与实际情况会存在一定的偏差。
一、热设计相关参数
1.耗散功率
在电路中功率器件自身消耗的功率。
2.热阻
热量在热流路径上遇到的阻力，反映介质或介质间的传热能力，即1W的热量所引起的温升大小，单位为℃/W或K/W。
3.元件最高结温
元件允许的最高工作温度极限，可参考本文提供的数据手册。
4.散热器
用于加速发热体散热，防止元件热积累的装置，一般分为型材散热器和叉指散热器。
5.散热器规格实例
YCZ8-25-6-H
表面处理: H---黑色; Y---银色
加工孔样
切断长度(mm)
散热器型号
二、散热过程
根据热传导特点，两点之间有温度差时，热能总会从高温点流向低温点。
通常器件最主要的发热部分在半导体芯片内部，热传导过程可以参照图1，其热量通过管芯传到外壳、外壳传至散热器、散热器传至环境，各部分热阻可分别表示为：
管芯至管壳热阻Rthj；管壳至散热器热阻Rthcs；散热器至空气的热阻Rthsca
总热阻= Rth=Rthj+Rthc+Rthsca
当芯片单位时间内消耗的功率所产生的热量与单位时间内散发出去的热量相等时，芯片的温度就能达到稳定状态，结温也就不再升高了。
热回路与电路图很相似，它可用电学模拟方法描述热量传输。
也就是可将温差△T看成电压，单位时间内器件功耗P看成电流，而热阻R则与电阻相似,这样功耗、温差和热阻之间的关系就和欧姆定律相似，参照画电路图的方法可以给出热传导网络图（图2），该热路图可以表示为：
图 1 图2 热路图
按照上述热传导关系，可以计算出散热器的热阻，根据散热器热阻可以进一步寻找到满足条件的散热器。
一般散热器厂商会根据使用环境会给出自然冷却热阻、温升曲线（图3）和风冷冷却热阻、温升曲线（图4），但对于没有上述曲线的型材散热器，其自然冷却热阻、温升曲线可以计算得出。
图3 自然冷却热阻、温升曲线图4风冷冷却温升曲线
三、散热选型设计
在热设计中，散热器选型应满足以下原则：“散热器热阻小于热路中计算出的散热器热阻；散热器的散热功率大于热源损耗功率”。
根据以上原则，自然冷却及强迫风冷两种使用环境下，散热器选型设计可按照以下步骤进行。
1、自然冷却散热器选择步骤
（1）计算总热阻
其中; Tjmax为晶体管允许最高结温
Ta 为环境温度
Pc为热源最大损耗功率
（2）计算散热器热阻
其中：Rthj结壳热阻，可以通过晶体管器件手册热阻曲线查出
Pthcs 壳到散热器的热阻，根据接触面的处理方式，查找相关文件得出，可参照本文后面附图1。
（3）确定散热器型号
叉指形散热器或型材散热器
（4）根据热阻、温升曲线选择合适的散热器
根据厂商提供的散热器热阻、温升曲线，结合散热器选定原则，可以直接找到合适的散热器；
对于没有给出相应曲线的型材散热器可按照以下步骤求出：
a)求出散热器综合散热系数
式中:
ρ1—描写散热器L/b 对μ的影响，附图2查得（L 为散热器的长度，b 为两肋间距）；
ρ2—描写散热器h/b 对μ的影响，附图3查得（h 为散热器肋片的高度）；
ρ3—描写散热器宽度尺寸W 增加时对μ的影响，附图4查得；
，描写散热器表面最高温度及周围环境温度对μ的影响，附图5查得；
b)计算两肋片间的表面所散发的功率
c)计算散热器散热功率pc
单面肋片：
双面肋片：
若时则能满足要求。
d)验算
先计算已知散热器面积s:
式中：——散热器基板厚度。
计算散热器的热阻则选择合理，若不满足则需要重新选择散热器重复a~d
步骤，直到满足为止。
2、强迫风冷散热器的选择步骤
（1）计算总热阻
其中：Tjmax为晶体管允许最高结温
pc 为热源最大损耗功率
（2）计算散热器热阻
其中：Rthj结壳热阻，可以通过晶体管器件手册热阻曲线查出
Rthcs 壳到散热器的热阻，根据接触面的处理方式，查找相关文件得出，可参照本文后面附表。
（3）确定散热器型号
叉指形散热器或型材散热器
（4）根据散热器的风冷热阻、温升曲线，选择合适的散热器和风速。
五、实例分析
已知某电路使用三极管MJ11032，其耗散功率为52.5W，环境温度为40℃，自然冷却条件下，论证选用下图5中散热器，是否能满足要求。
图5 散热器示意图
首先根据MJ11032数据手册中“损耗功率-温度”曲线（图6），可知最高结温为200℃，根据上述曲线，可知要保证器件耗散功率为52.5W，其最高结温不能超过169℃。
图6 损耗功率-温度曲线
按照自然冷却散热器计算步骤：
（1）计算总热阻
（2）计算电路要求的散热器热阻
(3)按照型材散热器热阻计算方法，计算实际散热器热阻和功率pc 首先计算综合散热系数：
(4)验算
(5)结论
根据计算结果和散热器应满足的原则，认为该散热器能够满足设计要求。
以上计算结果为理想计算，与实际情况可能存在偏差，并且在实际应用中为了满足可靠性要求一般晶体管需要降额使用，具体降额标准可以参照《中华人民共和国国家军用标准元器件降额准则》要求进行考虑。
附图1
管壳与散热器之间材料与热阻关系表
附图2
散热器的深度与肋片间距之比对综合散热系数的影响
附图3
肋片高度与肋片间距之比对综合散热系数的影响
附图4
散热器最大外形尺寸对综合散热系数的影响
附图5
散热器表面最高温度相对环境温度对综合散热系数的形象
参考文献
【1】《半导体器件散热器图册》
【2】《中华人民共和国国家军用标准元器件降额准则》。