元器件熱設(shè)計(jì)：熱阻和散熱的基礎(chǔ)知識(shí)

元器件熱設(shè)計(jì)：熱阻和散熱

的基礎(chǔ)知識(shí)

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。T1— —?GT2熱流量P熱阻的符號(hào)為Rth和。。Rth來源于熱阻的英文表達(dá)“thermalresistance”。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1(A)電壓差電氣電流1(A)電壓差，V(V)電阻R(。)熱熱流量P(W)溫度差，T(℃)熱阻Rth(℃/W)因此，就像可以通過RXI來求出電位差力V一樣，可以通過RthXP來求出溫度差力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。，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?？梢允褂脽嶙璞硎救缦拢骸龆痰恼枚鹜撸≒CB表面貼話時(shí)）■短的彰娥瓦（PCB表面貼話時(shí)）上圖右上方的式截面圖中，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J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)