电子元件接触热阻详述(米克)

图3(b)中这个物体的热阻该怎么定义呢？哪一点 如对一根电线，L 是长度，A 是截面积，ρ 是电阻率， 的温度是T ？用多大的Q ？是总的Q 还是从T 流到T 2 2 2 它与物质本身的特性有关。请注意，上面所示的简单 的Q 呢？怎么测量呢？ 公式告诉我们，不用担心在通过导线的时候电流会流 这样一个简单的问题就阻止了人们用热阻来度量 向周围环境中而损失掉。末端的电流等于始端的电流， 传热吗？不，没有。如果你知道怎么使用热阻这个概 因为空气是极其不良的导电体。 念，他仍然是很有用的性能参数。 现在，让我们来看一下一维导热问题： T1 − T2 T1 − T2 T 1 − T2 = = L L/KA Rth 高的热阻是好还是不好呢？问题的答案要依赖于 你是想要散出热量还是想保存热量。如果你想通过散 Qcond = KA (1) 热来保持物体“凉爽” ，就需要低热阻。如果你想保存 你有的热量，你就需要高热阻。我希望我家的墙壁有 非常高的热阻，这样我就能保存热量。然而，如果我
(4) 阻存在。芯片用某类环氧物贴在引线框上。在此我们 假设结是理想地贴在芯片和引线框上。如果结点和引 这就意味着，例如如果我们关心一个电子元器件 线框接触面积比引线框的面积小的话，热散过程还存 的散热问题，在热量能够到达环境之前，必须克服至 在另一个接触热阻。从引线框，热不得不首先进入外 少两个热阻。第一个热阻是从发热部位到器件表面， 壳，然后转弯，进入引线。一路上，引线和外壳之间 第二个热阻是从表面到环境。当我们使用更高导热系 存在热传递（因为外壳急切的希望自己能与外界环境 数的材料时，我们只解决了第一个热阻。为了减小第 进行热交换） 。一旦引线走出封装，他就暴露在周围环 二个热阻，我们必须处理h。这里不再深入讨论，我们 境中并进行自己的热交换。从而热进入电路板并在与 将在其他独立的教程来介绍。 板周围环境进行热交换的时候沿板扩散。
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MEKE 米Biblioteka 技术周刊在实际中，两个集中热阻单元是并联的。上一段 讨论的一组热阻集中叫做Junction-to-Board Thermal Resistance。结到外壳外表面的热阻叫做Junction-to Case Resistance。当考虑传导时，我们通常使用另外 一个热阻叫做Junction-to-Ambient Resistance。当有 散热片贴在外壳的时候，我们增加了两个热阻：Caseto-Sink和Sink-to-Air resistances。接下来就是散热片 制造厂公布的散热片特性了。 这里需要重点注意的是那些集中热阻实际上都包 含着许多复杂的传热机理。不懂原理而随意使用这些 概念来测量元件特性是危险的并可能导致错误的结论。 请记住，大部分参数是在特殊的条件下测得的。在使 用这些参数和依靠他们来进行你的设计的时候，要确 保你的使用条件与得到参数时的条件类似。
Contents
1 传导热阻 2 对流热阻 3 其他形式的热阻 4 所有热阻 1 2 2 2
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Figure 1: 电阻
(a) (b)
∆V = I · R 其中，V 是物体两端的压差，I 是电流，R 是电 阻。当然，不是每种物质都遵循线性欧姆定律，不过 我们不在此讨论。 电阻R 可由下式计算： R = ρL/A
Figure 3: 二维导热 如果左面温度是均匀的，都为T1 ，右面温度是均 匀的，都为T2 ，其他的面都是理想绝热的，那么他是 一种一维情形，如图3(a)。然而，如果在左手面和右 手面之间的某个地方，有一条能够让热量出去的通道， 那么我们遇到了2D或者3D问题的，如图3(b)。
这里，Rth 是一维方向的热阻。
，我需要减小所有能阻止热量 记住，上面问题有个限制条件，那就是： “一维” 想保持芯片的“凉爽” 。 如果一个事件只发生在一个尺寸上，那么问题就简化 离开芯片的热阻。 为一维问题。这就意味着我们假设热量从左端传到右 米克机械仿真技术论坛 什么是高的热阻值呢？如果我告诉你我有一个热 page 1 of 3
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热阻a
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米克技术周刊第一期 Thermal Resistance
a 本文译自coolingzone
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传导热阻
热阻是一个数学上的概念，类似于在基础物理中
学到的电阻的概念。在描述热阻之前，让我们先来回 顾一下电阻的含义。根据欧姆定律，电压差产生电流。 George Simon Ohm（1787-1854）证明了电流和电压 差之间存在简单的线性关系，两点间的比例常数被定 义为电阻。 端的时候不会逃向周围环境中。也就是说，我们唯一 能做到这一点的就是，我们用一个理想的绝热体使导 体的表面绝热。因为所有的热量从T1 流向T2 ，所以我 们得到了热阻的一致性定义。 现在，让我们看一下二维情况： Figure 2: 热阻
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其他形式的热阻
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对流热阻
在实际应用中，传导热阻不是唯一一个需要我们
与之斗争的热阻。下一个热阻是由于对流的存在。即 使传热活动相当活跃或者使用高传导率的材料，热量
仍然需要传到空气中来完成彻底的散热。这相当薄一 扩展热阻（Spreading Resistance） 当热量想从一 层的空气（或者为工作流体）位于固体的表面，对传 个小区域到达大的区域时，那就需要一些策略 热有极大的阻碍。粘在物体表面的第一层空气是不流 动的。其他层空气滑过第一层空气，从而带走热量。 第一层叫做边界层。 对于对流传热，有一些直观的认识我们都知道的。 如果流体流速快，带走的热量也就多。如果流体的传 导率高，带走的热量也就多。如果能够通过紊流使物 了。就象你强迫热量背离他通常喜欢的直截了当 的传递路径，这会产生热阻，就是扩展热阻。
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阻值为0.5℃/W 的散热器，他是好是坏呢？有多坏？ 这个数值有什么含义呢？后一个问题其实很好回答。 0.5℃/W 的热阻表示如果1W 的热量通过该物体，那 么会有0.5℃的温降。让我们看一块长为2cm，截面积 为2cm × 2cm的铝块。通过快速计算，我们得到热阻R 为： 2 × 0.01m = 0.27◦ C/W 180W m/◦ C × 4 × 0.0001 如果用铜代替铝，热阻就降低到0.125℃/W。 上面讨论了传导和对流，但是还有其他的对热流 有阻碍的来源。由于还其他独立的讨论，我们这里简 要涉及一下。 接触热阻（Contact Resistance） 无论何时，当你 将两个物体接触在一起的时候，你就带进了一个 热阻，这是因为这些表面永远不会完全光滑的 （无论你如何的抛光） 。事实上，所有的表面就 象“高山和深谷” 。只有山顶才有机会接触到其 他表面。其他部分充满着空气（或者其他的任何 流体） 。减小这一热阻的通常方法是用有较好导 热率的材料填充这些间隙。增加接触表面之间的 压力或者同时使用上面的方法，都可以减小接触 热阻。
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所有热阻
让我们看一下当产生在IC内产生的热量散到周围 体充分混合，也就能带走多的热量。对流热阻与被叫 环境中过程中所有的热阻。 做传热系数的参数有关。定义和理解这个重要参数 需要另一个教程。这里仅仅运用牛顿冷却公式就足够 了： Q = hA(Ts − Ta ) (2)
其中，h 是对流传热系数，A 是表面积，Ts 是表面温 度，Ta 是参考温度。通过重新整理上面等式，我们得 到一个熟悉的形式： Figure 4: 芯片与空气间的热阻 Junction产生的热量将既从空气中散出（这条路 Q = (Ts − Ta )/(1/hA) = (T s − T a)/Rconv 其中， Rconv = 1/hA (3) 不太容易，因为空气是不良导热体）也从芯片散出 （图中蓝色块） 。注意到，Junction区域小于芯片，意 味着有扩展热阻的存在。当然还有芯片材料本身的热