功率器件的热设计基础(二)——热阻的串联和并联
功率半导体热设计是实现IGBT、碳化硅SiC高功率密度的基础,只有掌握功率半导体的热设计基础知识,才能完成精确热设计,提高功率器件的利用率,降低系统成本,并保证系统的可靠性。
功率器件热设计基础系列文章将比较系统地讲解热设计基础知识,相关标准和工程测量方法。
热阻的串联
首先,我们来看热阻的串联。当两个或多个导热层依次排列,热量依次通过它们时,这些导热层热阻就构成了串联关系。
功率模块的散热通路中结对散热器热阻Rthjh是由芯片、DCB、铜基板、散热器和焊接层、导热脂层串联构成的。串联热阻中,总热阻等于各热阻之和,这是因为热量在传递过程中,需要依次克服每一个热阻,所以总热阻就是各热阻的累加。
热阻的并联
当两个或多个热阻(导热层)的两端分别连接在一起,热量可以同时通过它们时,这些热阻就构成了并联关系。譬如在900A 1200V EconoDUAL™3 FF900R12ME7中,900A IGBT就是由3片300A芯片并联实现的,这三个芯片是并联关系。
在并联热阻中,总热阻的倒数等于各热阻倒数之和。这是因为热量在传递过程中,有多条路径可以选择,所以总热阻会小于任何一个单独的热阻。3片 300A芯片并联成900A芯片的热阻是300A的三分之一。
需要注意的是,热阻的串联和并联与电路中的电阻串联和并联在形式上非常相似,但它们的物理意义是不同的。热阻是描述热量传递过程中遇到的阻碍程度的物理量,而电阻则是描述电流传递过程中遇到的阻碍程度的物理量。所以要讨论的附加效应不一样。
综上所述,热阻的串联和并联是热学中的基本概念,掌握它们的计算方法对于理解和分析热量传递过程具有重要意义。
功率半导体热设计是实现IGBT、碳化硅SiC高功率密度的基础,只有掌握功率半导体的热设计基础知识,才能完成精确热设计,提高功率器件的利用率,降低系统成本,并保证系统的可靠性。
功率器件热设计基础系列文章将比较系统地讲解热设计基础知识,相关标准和工程测量方法。
热阻的串联
首先,我们来看热阻的串联。当两个或多个导热层依次排列,热量依次通过它们时,这些导热层热阻就构成了串联关系。
功率模块的散热通路中结对散热器热阻Rthjh是由芯片、DCB、铜基板、散热器和焊接层、导热脂层串联构成的。串联热阻中,总热阻等于各热阻之和,这是因为热量在传递过程中,需要依次克服每一个热阻,所以总热阻就是各热阻的累加。
热阻的并联
当两个或多个热阻(导热层)的两端分别连接在一起,热量可以同时通过它们时,这些热阻就构成了并联关系。譬如在900A 1200V EconoDUAL™3 FF900R12ME7中,900A IGBT就是由3片300A芯片并联实现的,这三个芯片是并联关系。
在并联热阻中,总热阻的倒数等于各热阻倒数之和。这是因为热量在传递过程中,有多条路径可以选择,所以总热阻会小于任何一个单独的热阻。3片 300A芯片并联成900A芯片的热阻是300A的三分之一。
需要注意的是,热阻的串联和并联与电路中的电阻串联和并联在形式上非常相似,但它们的物理意义是不同的。热阻是描述热量传递过程中遇到的阻碍程度的物理量,而电阻则是描述电流传递过程中遇到的阻碍程度的物理量。所以要讨论的附加效应不一样。
综上所述,热阻的串联和并联是热学中的基本概念,掌握它们的计算方法对于理解和分析热量传递过程具有重要意义。