大功率晶體管和集成電路的熱過程分析
蔡建國（武漢職業技術學院機械系，湖北武漢430074）
[摘 要]本文從分析晶體管的熱過程入手，得出了晶體管的熱阻R；與最大允許 集電極耗散功率P。的關系式。再通過對晶體管散熱途徑的分析及前面所得的關系式，得出了大功率晶體管及集成電路為什么要安裝散熱器。這種分析方法邏輯合理，過程清楚，理論充分，這種分析方法以前是沒有的。
[關鍵詞]晶體管；集成電路；散熱器
中圖分類號：TN43 文獻標識碼：A
能量既不能創造也不能消失，只能從一種形式轉化為另一種形式。在現代電子設備中，由于電子元器件的效率較低，輸入的電能除一部分做有用功外，還有相當一部分做無用功。這部分能量轉化成了熱能，使電子設備的元器件及機殼發熱。如不能有效散去這些熱能，就會使這些元器件、設備性能變壞，可靠性降低甚至不能工作。事實上電子設備的故障很大一部分是由于元器件溫度過高而引起的。
例如電真空器件的損失有90%是由于溫度過高引起的。所似散熱問題是電子設備很重要的一個問題。電子設備的散熱分兩個方面，一個是元器件本身的熱量如何散走，另一個是電子設備的熱量如何散走。從散熱的方法上來看常用的有自然散熱、強迫風冷、液體冷卻、熱管冷卻、蒸發冷卻、半導體致冷、靜電致冷等。散熱器致冷屬于自然散熱范圍。
晶體管和集成電路的散熱方式根據其使用功率或熱流密度的大小而不同。當晶體管的使用功率小于lOOmw或集成電路的熱流密度小于0.6w/cm2時一般不加散熱器，主要靠其外殼及本身引線的對流輻射和傳導散熱，這類情況比較簡單。當晶體管使用功率大于lw或集成電路的熱流密度大于0.6w/cm/時，則采取散熱器散熱。本文主要討論這種情況，并且以晶體管為主討論，其方法對集成電路也適用。當晶體管使用功率在lOOmw到lw之間時，屬過渡狀態，散熱方式視具體條件而定。如散熱環境良好，則可利用自身散熱，否則利用散熱器散熱。
一、晶體管工作的熱過程分析
用P。表示晶體管的集電極耗散功率，單位為瓦。它等于管子所加電壓VCE和通過管子集電極的電流I。的乘積。由于Pe的存在會在集電結上產生熱量使集電結的結溫Tj逐漸升高。用T。表示晶體管周圍的環境溫度，用R。表示從集電結向管殼外的環境散熱的阻力大小，該阻力即熱阻。用Q表示集電結向環境散熱的能力，單位也為瓦。
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