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熱阻和散熱的基礎知識：傳熱和散熱路徑

發布時間：2021-04-01 責任編輯：wenwei

【導讀】產生的熱量通過傳導、對流和輻射的方式經由各種路徑逸出到大氣中。由於我們的主題是“半導體元器件的熱設計”，因此在這裏將以安裝在印刷電路板上的IC為例進行說明。

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。

熱阻和散熱的基礎知識：傳熱和散熱路徑

散熱路徑

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

熱阻和散熱的基礎知識：傳熱和散熱路徑

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封裝表麵傳遞到大氣中。可以使用熱阻表示如下：

熱阻和散熱的基礎知識：傳熱和散熱路徑

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

采用表麵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，熱量從芯片經由鍵合材料（芯片與背麵露出框架之間的粘接劑）傳導至背麵框架（焊盤），然後通過印刷電路板上的焊料傳導至印刷電路板。然後，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對流和輻射的路徑，以及從芯片通過封裝來實現對流和輻射的路徑。

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（在這裏為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降低並且可靠性提高。

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。

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