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讓我們進入熱設計相關的技術話題。熱設計所需的知識涵蓋了廣泛的領域。首先介紹一下至少需要了解的熱阻和散熱基礎知識。

 

什么是熱阻

 

熱阻是表示熱量傳遞難易程度的數(shù)值。是任意兩點之間的溫度差除以兩點之間流動的熱流量（單位時間內流動的熱量）而獲得的值。熱阻值高意味著熱量難以傳遞，而熱阻值低意味著熱量易于傳遞。

 

 

熱阻的符號為Rth和θ。Rth來源于熱阻的英文表達“thermal resistance”。

單位是℃/W（K/W）。

 

熱歐姆定律

 

可以用與電阻幾乎相同的思路來考慮熱阻，并且可以以與歐姆定律相同的方式來處理熱計算的基本公式。

 

電氣	電流 I（A）	電壓差 ⊿V（V）	電阻 R（Ω）
熱	熱流量 P（W）	溫度差 ⊿T（℃）	熱阻 Rth（℃/W）

 

因此，就像可以通過R×I來求出電位差⊿V一樣，可以通過Rth×P來求出溫度差⊿T。

 

關鍵要點:

 

?熱阻是表示熱量傳遞難易程度的數(shù)值。

?熱阻的符號為Rth和θ，單位為℃/W（K/W）。

?可以用與電阻大致相同的思路來考慮熱阻。

                        

熱量通過物體和空間傳遞。傳遞是指熱量從熱源轉移到他處。

 

三種熱傳遞形式

 

熱傳遞主要有三種形式：傳導、對流和輻射。

?傳導：由熱能引起的分子運動被傳播到相鄰分子。

?對流：通過空氣和水等流體進行的熱轉移

?輻射：通過電磁波釋放熱能

 

 

 

 

散熱路徑

 

產(chǎn)生的熱量通過傳導、對流和輻射的方式經(jīng)由各種路徑逸出到大氣中。由于我們的主題是“半導體元器件的熱設計”，因此在這里將以安裝在印刷電路板上的IC為例進行說明。

 

 

熱源是IC芯片。該熱量會傳導至封裝、引線框架、焊盤和印刷電路板。熱量通過對流和輻射從印刷電路板和IC封裝表面?zhèn)鬟f到大氣中?？梢允褂脽嶙璞硎救缦拢?/span>

 

 

上圖右上方的IC截面圖中，每個部分的顏色與電路網(wǎng)圓圈的顏色相匹配（例如芯片為紅色）。芯片溫度TJ通過電路網(wǎng)中所示的熱阻達到環(huán)境溫度TA。

 

采用表面安裝的方式安裝在印刷電路板（PCB）上時，紅色虛線包圍的路徑是主要的散熱路徑。具體而言，熱量從芯片經(jīng)由鍵合材料（芯片與背面露出框架之間的粘接劑）傳導至背面框架（焊盤），然后通過印刷電路板上的焊料傳導至印刷電路板。然后，該熱量通過來自印刷基板的對流和輻射傳遞到大氣中（TA）。

 

其他途徑還包括從芯片通過鍵合線傳遞到引線框架、再傳遞到印刷基板來實現(xiàn)對流和輻射的路徑，以及從芯片通過封裝來實現(xiàn)對流和輻射的路徑。

 

如果知道該路徑的熱阻和IC的功率損耗，則可以通過上一篇文章給出的熱歐姆定律來計算溫度差（在這里為TA和TJ之間的差）。

 

就如本文所講的，所謂的“熱設計”，就是努力減少各處的熱阻，即減少從芯片到大氣的散熱路徑的熱阻， 最終TJ降低并且可靠性提高。

 

關鍵要點:  

 

?熱阻是表示熱量傳遞難易程度的數(shù)值。

?熱阻的符號為Rth和θ，單位為℃/W（K/W）。

?可以用與電阻大致相同的思路來考慮熱阻。