如何有效降温半导体器件

半导器件有温度限制。半导体晶体的阻挡层可以达到允许最大温度。超过最大阻挡层温度，会因受热而使阻挡层以至整体半导体器件损坏。

允许的阻挡层温度，对硅半导体器件为150℃，对锗半导体器件为75℃。

最大阻挡层温度是在无附加冷却仅在小功率时所允许的温度。当要求大功率时，如晶闸管或功率晶体管的半导体器件，则应附加装备一个导热散热器，如图9-215所示。

半导体器件工作时，在散热器上的每个过渡端有一个热电阻，如图9-216所示，它是在阻挡层产生热开始直到热发散到环境中。里面的热电阻是内部的从阻挡层至壳体的热能的结所形成，在壳体与散热器之间出现热阻，而在散热器与冷却介质（多为空气）之间出现散热器电阻。为了保持尽可能小的热阻，则采用了导热管。如图9-217所示，在器件与散热器之间使用电绝缘时，绝缘垫必须为导热的绝缘垫。

图9-215 散热器

图9-216 热电阻

图9-217 绝缘垫

总热阻R_th等于各单个热阻的和，即R_th=R_thG+R_thU+R_thK。因为内部热阻由半导体器件所决定，所以只受散热器热阻的影响。总热阻与半导体损耗功率、形状、参数、表面特性以及安装位置有关。为了选择一种合适的散热器，除了其壳体结构形状以及可供支配的放置位置外，还必须考虑其热阻。为了计算散热器所必备的热阻，则必要有半导体制造商的说明（θ_j，R_thG，P_V）。

散热器热阻：

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式中 R_thK——散热器热阻；

R_thG——半导体内部的热阻；

R_thU——壳体与散热器之间的热阻；

θ_j——阻挡层温度；

θ_u——环境温度；

P_V——损耗功率。

对于每一种应用情况，散热器热电阻的配置原则是使温度不超过半导体器件阻挡层温度。

计算例题：

为了使一个功率晶体管正常运行，则必须计算散热器热阻。功率晶体管的最高阻挡层温度θ_j=150℃，内部热阻R_thG=1.5K/W，热电阻R_thU=0.2K/W，损耗功率P_V=30W。问在环境温度为45℃时功率晶体管需要多大的最小热阻？

解：