因此，熱流的問題可以等同于電學(xué)中的電流對待，半導(dǎo)體器件散熱系統(tǒng)同樣可以按電路中的歐姆定律來處理。由熱學(xué)的基本關(guān)系可得下式：

△     T=φ·θ

上式就是溫度一熱流方程，它說明溫度的變化是由熱流和熱阻產(chǎn)生的。溫度～熱流方程是歐姆定律在熱學(xué)中的體現(xiàn)，它是處理半導(dǎo)體器件散熱問題的理論依據(jù)。

二、散熱系統(tǒng)常用術(shù)語

1．熱路

熱路即熱傳導(dǎo)通過的路徑，現(xiàn)以半導(dǎo)體器件來說明。半導(dǎo)體器件的熱量產(chǎn)生于PN結(jié)，熱量通過器件內(nèi)部結(jié)構(gòu)傳到器件外殼，再散發(fā)到周圍的空氣中。由于半導(dǎo)體器件的外殼不可能制作得很大，外殼和空氣的接觸面積不夠大，所以大功率半導(dǎo)體器件都要采用散熱板擴大其外殼和空氣的接觸面積，加快散熱過程。因此，大功率半導(dǎo)體器件的熱路為PN結(jié)一管殼一散熱板一空氣。

2．熱阻

熱阻是熱傳導(dǎo)路徑上的阻力，表示熱傳導(dǎo)過程中每散發(fā)掉1w功率的熱量，熱路兩端需要的溫度之差，其符號為R_T，單位為℃／W。熱阻的串并聯(lián)關(guān)系與電路中電阻的串并聯(lián)計算方法相同。

如圖30-1所示。半導(dǎo)體功率器件的熱路中一般由三個熱阻串聯(lián)而成，它們是：

 ①從發(fā)熱的PN結(jié)到器件外殼的熱阻θjc。

②從管殼到散熱板的熱阻θcs。這是兩個金屬接觸面間的熱阻。由于管殼與散熱板之間需加絕緣墊片，而絕緣墊片一般傳熱性不好，所以存在一定的熱阻。

③散熱板與空氣間的熱阻θsa,它與散熱板的材質(zhì)和空氣的接觸面積有關(guān)。

3．散熱器

基于熱源(半導(dǎo)體器件)和周圍空氣之間溫差和熱阻而運作的熱量散失器件叫做散熱器。

4．散熱器功能

因源于半導(dǎo)體器件熱量傳輸有效面積的增加，因而散失熱量也增大。

5．自然對流

自然對流是指圍繞或通過散熱器空氣的運動系因溫差和浮力效應(yīng)而產(chǎn)生。

6．強制對流

強制對流指空氣的運動系因力學(xué)手段而產(chǎn)生，如風(fēng)機或鼓風(fēng)機。

7．散熱器特性

一般可用熱阻和散熱器容積的關(guān)系表示，即散熱器容積越大，熱阻越低，則特性越好。增加空氣經(jīng)過散熱器的流速(由自然對流改為強制對流)是降低熱阻的有效方法。圖30-2給出了散熱器的這種特性關(guān)系。

三、半導(dǎo)體器件的發(fā)熱和散熱

這里以半導(dǎo)體三極管為例進行介紹。半導(dǎo)體三極管的熱量是由集電極和發(fā)射極的PN結(jié)產(chǎn)生的。由于集電結(jié)工作時加反向偏置電壓，有很高的電阻，所以會產(chǎn)生很多的熱量。實際上集電結(jié)產(chǎn)生的熱量遠遠大于加正向偏壓的發(fā)射結(jié)，因而可以將發(fā)射結(jié)產(chǎn)生的熱量忽略。此時半導(dǎo)體三極管的耗散功率為：

P_D=Ic·V_CE

    式中：P_D——耗散功率；

          Ic——集電極電流；

          V_CE——集電極與發(fā)射極之間的電壓。

耗散功率Pn就是半導(dǎo)體三極管需要散發(fā)的熱流。當熱流遇到熱阻時，就會使三極管的溫度升高。

不同的半導(dǎo)體所承受的最高溫度是不同的，如鍺為85℃～100℃，而硅為150℃～200℃。雖然不同半導(dǎo)體都有不同的最高工作溫度，但卻不能讓它們在高溫條件下工作，這是因為半導(dǎo)體器件的性能會隨溫度的升高而下降。圖30-3給出了一個大功率半導(dǎo)體三極管的最大耗散功率與外殼溫度的關(guān)系曲線。當溫度低于25℃時，最大耗散功率可達90W；當高于此溫度后，最大耗散功率呈線性下降。因此，必須給大功率半導(dǎo)體三極管增加散熱裝置，改善散熱條件，使其能正常工作。