功率器件的热设计基础（二）——热阻的串联和并联

功率模块的散热通路中结对散热器热阻R_thjh是由芯片、DCB、铜基板、散热器和焊接层、导热脂层串联构成的。串联热阻中，总热阻等于各热阻之和，这是因为热量在传递过程中，需要依次克服每一个热阻，所以总热阻就是各热阻的累加。

当两个或多个热阻（导热层）的两端分别连接在一起，热量可以同时通过它们时，这些热阻就构成了并联关系。譬如在900A 1200V EconoDUAL™3 FF900R12ME7中，900A IGBT就是由3片300A芯片并联实现的，这三个芯片是并联关系。

在并联热阻中，总热阻的倒数等于各热阻倒数之和。这是因为热量在传递过程中，有多条路径可以选择，所以总热阻会小于任何一个单独的热阻。3片 300A芯片并联成900A芯片的热阻是300A的三分之一。

需要注意的是，热阻的串联和并联与电路中的电阻串联和并联在形式上非常相似，但它们的物理意义是不同的。热阻是描述热量传递过程中遇到的阻碍程度的物理量，而电阻则是描述电流传递过程中遇到的阻碍程度的物理量。所以要讨论的附加效应不一样。

综上所述，热阻的串联和并联是热学中的基本概念，掌握它们的计算方法对于理解和分析热量传递过程具有重要意义。

下图是带铜基板功率模块散热图，模块安装在散热器上，并把散热器认为是等温面。

譬如，结到散热器的热阻R_thjs就是结到壳的热阻R_thjc及壳到散热器的热阻R_thcs之和。

1.IGBT或二极管芯片通过并联实现大电流，这样的并联是相同面积尺寸、相同导热性能的芯片并联，这样，由N个IGBT或二极管芯片并联组成的器件中，结到壳的热阻R_thjc是单个芯片热阻的N分之一。前面提到的FF900R12ME7中，900A芯片组的热阻是每个300A芯片的三分之一。

我们已经知道散热（热阻）的分享原理，三相桥模块的六个开关是平分模块壳到散热器的热阻的，那么我们只要想办法把每个开关的热阻分配给每个IGBT和二极管芯片就可以了。

一种简单有效的方法是按照芯片面积分，而芯片结对壳的热阻很好反映芯片的大小。这样就有了如下两个公式：

这里讲的是基本概念和方法，数据手册上的壳对散热器热阻可以通过计算方法获得，如FS450R12KE4 1200V 450A EconoPACK™+6单元三相桥模块（你可以用上述公式验证试试），也可以通过实际测量获得，这会在后续章节详细讲解。