元器件熱設(shè)計(jì)：熱阻和散熱的基礎(chǔ)知識(shí)
[導(dǎo)讀]現(xiàn)在讓我們進(jìn)入熱設(shè)計(jì)相關(guān)的技術(shù)話題。熱設(shè)計(jì)所需的知識(shí)涵蓋了廣泛的領(lǐng)域。首先介紹一下至少需要了解的熱阻和散熱基礎(chǔ)知識(shí)。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(diǎn)之間的溫度差除以兩點(diǎn)之間流動(dòng)的熱流量（單位時(shí)間內(nèi)流動(dòng)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...
現(xiàn)在讓我們進(jìn)入熱設(shè)計(jì)相關(guān)的技術(shù)話題。熱設(shè)計(jì)所需的知識(shí)涵蓋了廣泛的領(lǐng)域。首先介紹一下至少需要了解的熱阻和散熱基礎(chǔ)知識(shí)。
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(diǎn)之間的溫度差除以兩點(diǎn)之間流動(dòng)的熱流量（單位時(shí)間內(nèi)流動(dòng)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(hào)為Rth和θ。Rth來源于熱阻的英文表達(dá)“thermal resistance”。
單位是℃/W（K/W）。
熱歐姆定律
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(guān)鍵要點(diǎn):
?熱阻是表示熱量傳遞難易程度的數(shù)值。
?熱阻的符號(hào)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(zhuǎn)移到他處。
三種熱傳遞形式
熱傳遞主要有三種形式：傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射。
?傳導(dǎo)：由熱能引起的分子運(yùn)動(dòng)被傳播到相鄰分子。
?對(duì)流：通過空氣和水等流體進(jìn)行的熱轉(zhuǎn)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(dǎo)、對(duì)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(dǎo)體元器件的熱設(shè)計(jì)”，因此在這里將以安裝在印刷電路板上的IC為例進(jìn)行說明。
熱源是IC芯片。該熱量會(huì)傳導(dǎo)至封裝、引線框架、焊盤和印刷電路板。熱量通過對(duì)流和輻射從印刷電路板和IC封裝表面?zhèn)鬟f到大氣中。可以使用熱阻表示如下：
上圖右上方的IC截面圖中，每個(gè)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(dá)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(shí)，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(dǎo)至背面框架（焊盤），然后通過印刷電路板上的焊料傳導(dǎo)至印刷電路板。然后，該熱量通過來自印刷基板的對(duì)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(shí)現(xiàn)對(duì)流和輻射的路徑，以及從芯片通過封裝來實(shí)現(xiàn)對(duì)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(jì)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(shè)計(jì)”，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(guān)鍵要點(diǎn):
?熱阻是表示熱量傳遞難易程度的數(shù)值。
?熱阻的符號(hào)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。
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(diǎn)之間的溫度差除以兩點(diǎn)之間流動(dòng)的熱流量（單位時(shí)間內(nèi)流動(dòng)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(hào)為Rth和θ。Rth來源于熱阻的英文表達(dá)“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(jì)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(guān)鍵要點(diǎn):
?熱阻是表示熱量傳遞難易程度的數(shù)值。
?熱阻的符號(hào)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(zhuǎn)移到他處。
三種熱傳遞形式
熱傳遞主要有三種形式：傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射。
?傳導(dǎo)：由熱能引起的分子運(yùn)動(dòng)被傳播到相鄰分子。
?對(duì)流：通過空氣和水等流體進(jìn)行的熱轉(zhuǎn)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(dǎo)、對(duì)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(dǎo)體元器件的熱設(shè)計(jì)”，因此在這里將以安裝在印刷電路板上的IC為例進(jìn)行說明。
熱源是IC芯片。該熱量會(huì)傳導(dǎo)至封裝、引線框架、焊盤和印刷電路板。熱量通過對(duì)流和輻射從印刷電路板和IC封裝表面?zhèn)鬟f到大氣中。可以使用熱阻表示如下：
上圖右上方的IC截面圖中，每個(gè)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(dá)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(shí)，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(dǎo)至背面框架（焊盤），然后通過印刷電路板上的焊料傳導(dǎo)至印刷電路板。然后，該熱量通過來自印刷基板的對(duì)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(shí)現(xiàn)對(duì)流和輻射的路徑，以及從芯片通過封裝來實(shí)現(xiàn)對(duì)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(jì)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(shè)計(jì)”，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(guān)鍵要點(diǎn):
?熱阻是表示熱量傳遞難易程度的數(shù)值。
?熱阻的符號(hào)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。
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