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半導(dǎo)體芯片學(xué)習(xí)筆記-熱特性02

冬至子 ? 來源:技術(shù)田地 ? 作者:王民 ? 2023-05-30 16:12 ? 次閱讀

上次了解了熱阻,我們知道了熱阻類似電阻,可以看成表征導(dǎo)熱快慢的物理量,熱阻Rth=溫度差ΔT/功率P,單位是開爾文每瓦:K/W,可以直接理解成1瓦熱流對應(yīng)的溫度變化,對于芯片而言,比如最大結(jié)溫150,冷卻水溫度70,溫度差80度,那么熱阻越小,功率P就可以越大,芯片電流輸出能力越高,所以,對于IGBT/MOSFET這類功率器件而言,熱阻是越小越好,在相同的溫度下熱阻越小意味著熱流越大,每秒能帶走的熱量越多。

了解了熱阻,我們來介紹下熱容。聽起來和電容很熟悉,對的,理解起來也是十分的相似。

熱容的定義是Cth=熱量變化ΔQth/溫度變化ΔT,單位是J/K,理解起來也很簡單,溫度升高或者降低1度時需要吸收或者釋放的熱量大小就是熱容。

熱容體現(xiàn)的是物質(zhì)儲存熱量的能力。那么對于功率模塊而言,各部分的熱容各不相同,芯片由于體積小,熱容較小,又是熱源,而散熱銅基板很大,因此熱容較大,因此在通過相同的熱量時,芯片的溫度變化就比銅基板大得多,溫度波動更明顯,因為熱容小,一點點的熱量就能導(dǎo)致很大的溫升。

圖片

這張圖把電學(xué)和熱學(xué)中的幾個物理量做了對應(yīng),這樣我們就可以用電學(xué)的規(guī)律來研究熱學(xué)

電阻R對應(yīng)熱阻Rth

電容C對應(yīng)熱容Cth

電壓降ΔV對應(yīng)溫度差ΔT(電勢對應(yīng)內(nèi)能)

電流I對應(yīng)熱功率(熱流)P

電荷守恒對應(yīng)能量守恒:C·ΔV=ΔQ對應(yīng)Cth·ΔT=ΔQth

電路歐姆定律對應(yīng)熱歐姆定律:R=ΔV/I對應(yīng)Rth=ΔT/P

對于理想的功率模塊,我們希望,芯片的熱容越大越好,熱阻越小越好,熱容越大,芯片溫度波動就越平緩,熱阻越小,芯片散熱功率(能力)就越大,芯片溫度就降得快。

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