一、熱的傳播及溫度——熱流方程
熱的傳播有三種方式，即傳導、對流和輻射。傳導是由分子運動引起的。位于高溫處的分子具有較高的動能，這些動能通過分子之間的碰撞從一個傳向另一個，從而向周圍傳播。采用散熱器的散熱裝置，在散熱器與空氣的接觸面上，能量是靠傳導方式由散熱器分子傳向空氣分子的。在對流方式中，空氣會因溫差而自行流動，或者在風機作用下強迫流動，于是將熱能帶走。在輻射方式中，能量不是靠物質運動，而是靠包括從紫外線到紅外線的所有不同波長的電磁波來傳播的。
由此可見，熱是能量存在的一種方式，而熱的傳播是能量的流動。這種能量的流動叫熱流量，簡稱熱流。
假如把阻礙散熱的能力叫熱阻的話，就可以把描述電學的量與描述熱學的量列表進行對比(見表30-1)。從表中不難看出，電壓與溫度、電流與熱流、電阻與熱阻有相互對應的關系。
因此，熱流的問題可以等同于電學中的電流對待，半導體器件散熱系統同樣可以按電路中的歐姆定律來處理。由熱學的基本關系可得下式：
△ 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生的。溫度～熱流方程是歐姆定律在熱學中的體現，它是處理半導體器件散熱問題的理論依據。
二、散熱系統常用術語
1．熱路
熱路即熱傳導通過的路徑，現以半導體器件來說明。半導體器件的熱量產生于PN結，熱量通過器件內部結構傳到器件外殼，再散發到周圍的空氣中。由于半導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，大功率半導體器件的熱路為PN結一管殼一散熱板一空氣。
2．熱阻
熱阻是熱傳導路徑上的阻力，表示熱傳導過程中每散發掉1w功率的熱量，熱路兩端需要的溫度之差，其符號為RT，單位為℃／W。熱阻的串并聯關系與電路中電阻的串并聯計算方法相同。
如圖30-1所示。半導體功率器件的熱路中一般由三個熱阻串聯而成，它們是：
①從發熱的PN結到器件外殼的熱阻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,它與散熱板的材質和空氣的接觸面積有關。
3．散熱器
基于熱源(半導體器件)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而產生。
6．強制對流
強制對流指空氣的運動系因力學手段而產生，如風機或鼓風機。
7．散熱器特性
一般可用熱阻和散熱器容積的關系表示，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系。
三、半導體器件的發熱和散熱
這里以半導體三極管為例進行介紹。半導體三極管的熱量是由集電極和發射極的PN結產生的。由于集電結工作時加反向偏置電壓，有很高的電阻，所以會產生很多的熱量。實際上集電結產生的熱量遠遠大于加正向偏壓的發射結，因而可以將發射結產生的熱量忽略。此時半導體三極管的耗散功率為：
PD=Ic·VCE
式中：PD——耗散功率；
Ic——集電極電流；
VCE——集電極與發射極之間的電壓。
耗散功率Pn就是半導體三極管需要散發的熱流。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體三極管的最大耗散功率與外殼溫度的關系曲線。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，必須給大功率半導體三極管增加散熱裝置，改善散熱條件，使其能正常工作。
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