功率半導體熱設計是實現IGBT、碳化矽SiC高功率密度的基礎，只有掌握功率半導體的熱設計基礎知識，才能完成精確熱設計，提高功率器件的利用率，降低系統成本，並保證系統的可靠性。
功率器件熱設計基礎系列文章將比較系統地講解熱設計基礎知識，相關標準和工程測量方法。
第一講《功率器件熱設計基礎（一）----功率半導體的熱阻》，已經把熱阻和電阻聯繫起來了，那自然會想到熱阻也可以通過串聯和並聯概念來做數值計算。
熱阻的串聯
首先，我們來看熱阻的串聯。當兩個或多個導熱層依次排列，熱量依次通過它們時，這些導熱層熱阻就構成了串聯關係。
功率模塊的散熱通路中結對散熱器熱阻Rthjh是由晶片、DCB、銅基板、散熱器和焊接層、導熱脂層串聯構成的。串聯熱阻中，總熱阻等於各熱阻之和，這是因為熱量在傳遞過程中，需要依次克服每一個熱阻，所以總熱阻就是各熱阻的累加。
熱阻的並聯
當兩個或多個熱阻（導熱層）的兩端分別連接在一起，熱量可以同時通過它們時，這些熱阻就構成了並聯關係。譬如在900A 1200V EconoDUAL™3 FF900R12ME7中，900A IGBT就是由3片300A晶片並聯實現的，這三個晶片是並聯關係。
在並聯熱阻中，總熱阻的倒數等於各熱阻倒數之和。這是因為熱量在傳遞過程中，有多條路徑可以選擇，所以總熱阻會小於任何一個單獨的熱阻。3片 300A晶片並聯成900A晶片的熱阻是300A的三分之一。
需要注意的是，熱阻的串聯和並聯與電路中的電阻串聯和並聯在形式上非常相似，但它們的物理意義是不同的。熱阻是描述熱量傳遞過程中遇到的阻礙程度的物理量，而電阻則是描述電流傳遞過程中遇到的阻礙程度的物理量。所以要討論的附加效應不一樣。
綜上所述，熱阻的串聯和並聯是熱學中的基本概念，掌握它們的計算方法對於理解和分析熱量傳遞過程具有重要意義。
功率模塊結構
這是帶銅基板功率模塊安裝在散熱器上的結構示意圖，功率模塊由多個晶片構成。晶片功能、規格，晶片大小厚度可能不同，它們卻分享著同一塊銅基板和同一塊散熱器。
 各晶片在導熱通路上有多個導熱層，在IEC 60747-15 Discrete semiconductor devices–15_Isolated power semiconductor devices按照設計的具體需要定義了結到殼的熱阻Rthjc，殼到散熱器的熱阻Rthcs及散熱器到環境的熱阻Rthsa。
下圖是帶銅基板功率模塊散熱圖，模塊安裝在散熱器上，並把散熱器認為是等溫面。 
註：在IEC 60747-15中的Rth(j-s),Rth(c-s)與本文中RthJH和RthCH一致。 熱阻串聯：
從圖中可以讀到，熱流依次通過各導熱層，所以熱阻是串聯關係：
譬如，結到散熱器的熱阻Rthjs就是結到殼的熱阻Rthjc及殼到散熱器的熱阻Rthcs之和。
 在功率模塊中，熱阻並聯有幾種形式： 1.IGBT或二極體晶片通過並聯實現大電流，這樣的並聯是相同面積尺寸、相同導熱性能的晶片並聯，這樣，由N個IGBT或二極體晶片並聯組成的器件中，結到殼的熱阻Rthjc是單個晶片熱阻的N分之一。前面提到的FF900R12ME7中，900A晶片組的熱阻是每個300A晶片的三分之一。  2.IGBT開關是由IGBT和續流二極體構成，而每一個模塊往往有多個IGBT開關構成，對於一個三相橋IGBT功率模塊，其由6個IGBT開關構成，每個開關由IGBT+二極體構成。
對於每種封裝，模塊對散熱器的熱阻可能會在數據手冊中給出，例如：FS450R12KE4 1200V 450 A EconoPACK™+6單元三相橋模塊，在給定的安裝條件下，RthCH為0.005K/W，由於6個開關（圖中arm，在文章中arm稱為開關）都安裝在銅基板上，所以每個開關分享散熱，每個開關的熱阻是模塊的6倍，就是RthCH_arm=0.03K/W。
 我們倒過來核算一下，由於一個模塊有6個開關，整個模塊殼到散熱器的熱阻RthCH自然就是 0.03K/W除以6，等於0.005K/W。
定義和計算IGBT和二極體殼對散熱器的熱阻 在熱設計中，我們的仿真計算會針對每個IGBT和二極體晶片或晶片組（晶片並聯），需要分別知道它們的殼到散熱器的熱阻RthCH，如果數據手冊只給出模塊對散熱器的熱阻，我們需要想辦法得到每個IGBT和二極體晶片或晶片組殼到散熱器的熱阻RthCH。
我們已經知道散熱（熱阻）的分享原理，三相橋模塊的六個開關是平分模塊殼到散熱器的熱阻的，那麼我們只要想辦法把每個開關的熱阻分配給每個IGBT和二極體晶片就可以了。
一種簡單有效的方法是按照晶片面積分，而晶片結對殼的熱阻很好反映晶片的大小。這樣就有了如下兩個公式： 
晶片越大，分到殼對散熱器熱阻就低，散熱就好。 這裡講的是基本概念和方法，數據手冊上的殼對散熱器熱阻可以通過計算方法獲得，如FS450R12KE4 1200V 450A EconoPACK™+6單元三相橋模塊（你可以用上述公式驗證試試），也可以通過實際測量獲得，這會在後續章節詳細講解。 | 
