功率器材热规划根底（五）——功率半导体热容

  热规划根底系列文章会比较体系地讲解热规划根底知识，有关规范和工程丈量方法。

  热容Cth像热阻Rth相同是一个重要的物理量，它们具有相似的量纲结构。热容和电容，都是描绘贮存才能物理量，平板电容器电容和热容的对照联系如图所示。

  热容Cth(单位为J/K)是表明热量Qth与温度差ΔT之间的联系，如式1所示。换句话说，热容能够被描绘为热量改动与温差的比值，即：

  某一确认资料的比热容cth是常数，单位为J/(kg·K)(见下表)。假如用式(2)替代式(1)中的ΔQth，则热容的联系变成：

  因为质量m=ρ·d·A(d是厚度，A是面积，ρ是密度)，因而,可通过资料的比热容cth、相对密度ρ和体积来核算电力电子器材的热容。

  使用热阻Rth和热容Cth，能够构建一个相似RC低通电路的热模型，能够用瞬态热阻或热阻抗Zth表明这种模型，且每一个实践目标都具有热阻和热容。

  上图给出了瞬态热阻抗Zth，包含平板的热阻Rth和热容Cth。能够在时域中描绘热阻抗Zth，即因为热容，温差ΔT随时刻而改动，有：

  过渡进程的时刻在0~5τ，别离代表了到达终值0~99.3%的时刻。超越5τ或许99.3%今后的时刻被视作稳态(即热平衡)。这时假定ΔTmax不再改动，热容不再对热阻抗有任何的影响，这样就能够把热阻抗Zth与热阻Rth当作相同的。

  下图给出了热阻抗Zth随时刻的改动进程,能够终究靠ΔT(t)和Pth,C核算热阻抗,即：

  功率半导体结对壳的瞬态热阻抗Zthjc会在数据手册中给出，功率半导体常见的封装为带铜基板功率模块、不带铜基板的DCB模块和根据铜框架结构的单管，因为传热通路的资料不同，资料分量体积不同，所以瞬态热阻抗Zthjc不同。

  铜基板模块很重，主要是有铜基板，EconoDUAL™ 3的铜基板厚度3毫米，这对瞬态热阻抗Zthjc起着及其重要的效果，热量会在DCB两面的铜层和铜基板的纵向和横向分散，5τ值大于2秒（图表摘自FF900R12ME7_B11 900A 1200V半桥模块）。

  没有铜基板的DCB模块轻许多，DCB的覆铜厚度0.25-0.30mm，热容就比带铜基板的模块小许多，热量只会在DCB两面的铜层的纵向和横向分散，5τ值大约为0.4秒（图表摘自FS200R12W3T7_B11 200A 1200V三相桥模块）。

  单管没有DCB板，芯片直接焊在了铜框架上，芯片热量直接加在铜框架上，热能够在铜框架上很好的分散，5τ值大约为0.02秒（图表摘自IKY140N120CH7 140A 1200V IGBT单管）。

  本文介绍了热容的概念，提出了瞬态的热特性，并对比了不同封装的瞬态热阻，下一篇将具体的介绍瞬态热丈量。