热阻与结温计算方法

大功率LED的散热设计

关键字：LED散热结构结温散热措施TJ散热面积关系曲线大功率允许温度正向压降大功率LED的散热设计

近年来，大功率LED发展较快，在结构和性能上都有较大的改进，产量上升、价格下降；还开发出单颗功率为100W的超大功率白光LED。与前几年相比较，在发光效率上有长足的进步。例如，Edison公司前几年的20W白光LED，其光通量为700lm，发光效率为35lm/W。2007年开发的100W白光LED，其光通量为6000lm，发光效率为60lm/W。又例如，Lumiled公司最近开发的K2白光LED，与其Ⅰ、Ⅲ系列同类产品比较如表1所示。从表中可以看出：K2白光LED在光通量、最大结温、热阻及外廓尺寸上都有较大的改进。Cree公司新推出的XLamp XR～E冷白光LED，其最高亮度挡QS在350mA时光通量可达107～114lm。这些性能良好的大功率LED给开发LED白光照明灯具创造了条件。

前几年，各种白光LED照明灯具主要是采用小功率Φ5白光LED来做的。如1～5W 的灯泡、15～20W的管灯及40～60W的路灯、投射灯等。这些灯具使用了几十到几百个Φ5白光LED，生产工艺复杂、可靠性差、故障率高、外壳尺寸大，并且亮度不足。为改进上述缺点，这几年逐步采用大功率白光LED来替代Φ5白光LED来设计新型灯具。例如，用18个2W的白光LED做成的街灯，若采用Φ5白光LED则要几百个。另外，用一个1.25W的K2系列白光LED，可做成光通量为65lm的强光手电筒，照射距离可达几十米。若采用Φ5白光LED来做则是不可能的。

图1 结温TJ与相对出光率关系图

用大功率LED做的灯具其价格比白炽灯、日光灯、节能灯要高得多，但它的节能效果及寿命比其他灯具也高的多。如果在路灯系统及候机大厅、大型百货商场或超市、高级宾馆大堂等用电大户的公共场所全部采用LED灯具，其一次性投资较高，但长期的节电效果及经济性都是值得期待的。

目前主要采用1～3W大功率白光LED作照明灯，因为其发光效率高、价格低、应用灵活。

大功率LED的散热问题

LED是个光电器件，其工作过程中只有15%～25%的电能转换成光能，其余的电能几乎都转换成热能，使LED的温度升高。在大功率LED中，散热是个大问题。例如，1个10W白光LED若其光电转换效率为20%，则有8W的电能转换成热能，若不加散热措施，则大功率LED的器芯温度会急速上升，当其结温（TJ）上升超过最大允许温度时（一般是150℃），大功率LED会因过热而损坏。因此在大功率LED灯具设计中，最主要的设计工作就是散热设计。

另外，一般功率器件（如电源IC）的散热计算中，只要结温小于最大允许结温温度（一般是125℃）就可以了。但在大功率LED散热设计中，其结温TJ要求比125℃低得多。其原因是TJ对LED的出光率及寿命有较大影响：TJ越高会使LED的出光率越低，寿命越短。

图2 K2系列的内部结构

图1是K2系列白光LED的结温TJ与相对出光率的关系曲线。在TJ=25℃时，相对出光率为1；TJ=70℃时相对出光率降为0.9；TJ=115℃时，则降到0.8了。

表2是Edison公司给出的大功率白光LED的结温TJ在亮度衰减70%时与寿命的关系（不同LED生产厂家的寿命并不相同，仅做参考）。

图3 NCCWO22的内部结构

在表2中可看出：TJ=50℃时，寿命为90000小时；TJ=80℃时，寿命降到34000小时；TJ=115℃时，其寿命只有13300小时了。TJ在散热设计中要提出最大允许结温值TJmax,实际的结温值TJ应小于或等于要求的TJmax,即TJ≤TJmax。

图4 LED与PCB焊接图

大功率LED的散热路径.

大功率LED在结构设计上是十分重视散热的。图2是Lumiled公司K2系列的内部结构、图3是NICHIA公司NCCW022的内部结构。从这两图可以看出：在管芯下面有一个尺寸较大的金属散热垫，它能使管芯的热量通过散热垫传到外面去。

图5 双层敷铜层散热结构

大功率LED是焊在印制板（PCB）上的，如图4所示。散热垫的底面与PCB的敷铜面焊在一起，以较大的敷铜层作散热面。为提高散热效率，采用双层敷铜层的PCB，其正反面图形如图5所示。这是一种最简单的散热结构。

图6 散热路径图

热是从温度高处向温度低处散热。大功率LED主要的散热路径是：管芯→散热垫→印制板敷铜层→印制板→环境空气。若LED的结温为TJ，环境空气的温度为TA,散热垫底部的温度为Tc（TJ＞Tc＞TA），散热路径如图6所示。

在热的传导过程中，各种材料的导热性能不同，即有不同的热阻。若管芯传导到散热垫底面的热阻为RJC（LED的热阻）、散热垫传导到PCB面层敷铜层的热阻为RCB、PCB

传导到环境空气的热阻为RBA,则从管芯的结温TJ传导到空气TA的总热阻RJA与各热阻关系为：

RJA=RJC+RCB+RBA

各热阻的单位是℃/W。

可以这样理解：热阻越小，其导热性能越好，即散热性能越好。

如果LED的散热垫与PCB的敷铜层采用回流焊焊在一起，则RCB=0，则上式可写成：

RJA=RJC+RBA

散热的计算公式

若结温为TJ、环境温度为TA、LED的功耗为PD,则RJA与TJ、TA及PD的关系为：RJA=（TJ－TA）/PD (1)

式中PD的单位是W。PD与LED的正向压降VF及LED的正向电流IF的关系为：

PD=VF×IF (2)

如果已测出LED散热垫的温度TC，则(1)式可写成：

RJA=(TJ－TC)/PD+(TC－TA)/PD

则RJC=(TJ－TC)/PD (3)

RBA=(TC－TC)/PD (4)

在散热计算中，当选择了大功率LED后，从数据资料中可找到其RJC值；当确定LED 的正向电流IF后，根据LED的VF可计算出PD；若已测出TC的温度，则按（3）式可求出TJ来。

在测TC前，先要做一个实验板（选择某种PCB、确定一定的面积）、焊上LED、输入IF电流，等稳定后，用K型热电偶点温度计测LED的散热垫温度TC。

在（4）式中，TC及TA可以测出，PD可以求出，则RBA值可以计算出来。

若计算出TJ来，代入（1）式可求出RJA。

这种通过试验、计算出TJ方法是基于用某种PCB及一定散热面积。如果计算出来的TJ小于要求（或等于）TJmax，则可认为选择的PCB及面积合适；若计算来的TJ大于要求的TJmax，则要更换散热性能更好的PCB，或者增加PCB的散热面积。

另外，若选择的LED的RJC值太大，在设计上也可以更换性能上更好并且RJC值更小的大功率LED，使满足计算出来的TJ≤TJmax。这一点在计算举例中说明。

各种不同的PCB

目前应用与大功率LED作散热的PCB有三种：普通双面敷铜板（FR4）、铝合金基敷铜板（MCPCB）、柔性薄膜PCB用胶粘在铝合金板上的PCB。

MCPCB的结构如图7所示。各层的厚度尺寸如表3所示。

图7 MCPCB结构图

其散热效果与铜层及金属层厚如度尺寸及绝缘介质的导热性有关。一般采用35μm铜层及1.5mm铝合金的MCPCB。

柔性PCB粘在铝合金板上的结构如图8所示。一般采用的各层厚度尺寸如表4所示。1～3W星状LED采用此结构。

采用高导热性介质的MCPCB有最好的散热性能，但价格较贵。

图8 散热层结构图

计算举例

这里采用了NICHIA公司的测量TC的实例中取部分数据作为计算举例。已知条件如下：

LED：3W白光LED、型号MCCW022、RJC=16℃/W。K型热电偶点温度计测量头焊在散热垫上。

PCB试验板：双层敷铜板（40×40mm）、t=1.6mm、焊接面铜层面积1180mm2背面铜层面积1600mm2。

LED工作状态：IF=500mA、VF= 3.97V。

按图9用K型热电偶点温度计测TC，TC=71℃。测试时环境温度TA= 25℃.

1.TJ计算

TJ=RJC×PD+TC=RJC（IF×VF）+TC

TJ=16℃/W（500mA×3.97V）

+71℃=103℃

图9 TC测量位置图

2.RBA计算

RJA=（TC－TA）/PD

=（71℃－25℃）/1.99W

=23.1℃/W

3.RJA计算

RJA=RJC+RBA

=16℃/W+23.1℃/W

=39.1℃/W

如果设计的TJmax=90℃，则按上述条件计算出来的TJ不能满足设计要求，需要改换散热更好的PCB或增大散热面积，并再一次试验及计算，直到满足TJ≤TJmax为止。

另外一种方法是，在采用的LED的RJC值太大时，若更换新型同类产品RJC=9℃/W(IF=500mA时VF=3.65V)，其他条件不变，TJ计算为：

TJ=9℃/W（500mA×3.65V）+71℃

=87.4℃

上式计算中71℃有一些误差，应焊上新的9℃/W的LED重新测TC（测出的值比71℃略小）。这对计算影响不大。采用了9℃/W的LED后不用改变PCB材质及面积，其TJ 符合设计的要求。

PCB背面加散热片

若计算出来的TJ比设计要求的TJmax大得多，而且在结构上又不允许增加面积时，可考虑将PCB背面粘在“∪”形的铝型材上（或铝板冲压件上），或粘在散热片上，如图10所示。这两种方法是在多个大功率LED的灯具设计中常用的。例如，上述计算举例中，在计算出TJ=103℃的PCB背后粘贴一个10℃/W的散热片，其TJ降到80℃左右。

图10 “∪”形铝型材

这里要说明的是，上述TC是在室温条件下测得的（室温一般15～30℃）。若LED 灯使用的环境温度TA大于室温时，则实际的TJ要比在室温测量后计算的TJ要高，所以在设计时要考虑这个因素。若测试时在恒温箱中进行，其温度调到使用时最高环境温度，为最佳。

另外，PCB是水平安装还是垂直安装，其散热条件不同，对测TC有一定影响，灯具的外壳材料、尺寸及有无散热孔对散热也有影响。因此，在设计时要留有余地。

结束语

采用一定散热面积的PCB、装上LED的试验板，在LED工作状态下测出TC再计算的方法来作散热设计是一种简便、有效的方法，可以较好地设计出满足结温TJmax要求的散热结构（PCB材质及面积）。

这种散热设计方法除适用于大功率白光LED的照明灯具外，也适用于其他发光颜色的大功率LED灯具，如警示灯、装饰灯等。

导热系数、传热系数、热阻值概念及热工计算方法(简述实用版)

导热系数、传热系数、热阻值概念及热工计算方法导热系数λ[W/(m.k)]：导热系数是指在稳定传热条件下，1m厚的材料，两侧表面的温差为1度(K,℃),在1小时内，通过1平方米面积传递的热量，单位为瓦/米?度(W/m?K,此处的K可用℃代替)。导热系数可通过保温材料的检测报告中获得或通过热阻计算。传热系数K [W/(㎡?K)]：传热系数以往称总传热系数。国家现行标准规范统一定名为传热系数。传热系数K值，是指在稳定传热条件下，围护结构两侧空气温差为1度(K，℃)，1小时内通过1平方米面积传递的热量，单位是瓦/平方米?度(W/㎡?K，此处K可用℃代替)。传热系数可通过保温材料的检测报告中获得。热阻值R(m.k/w)：热阻指的是当有热量在物体上传输时，在物体两端温度差与热源的功率之间的比值。单位为开尔文每瓦特（K/W）或摄氏度每瓦特（℃/W）。传热阻：传热阻以往称总热阻，现统一定名为传热阻。传热阻R0是传热系数K的倒数，即R0=1/K，单位是平方米*度/瓦（㎡*K/W）围护结构的传热系数K值愈小，或传热阻R0值愈大，保温性能愈好。（节能）热工计算： 1、围护结构热阻的计算单层结构热阻：R=δ/λ 式中：δ—材料层厚度(m)；λ—材料导热系数[W/(m.k)] 多层结构热阻： R=R1+R2+----Rn=δ1/λ1+δ2/λ2+----+δn/λn 式中: R1、R2、---Rn—各层材料热阻(m.k/w) δ1、δ2、---δn—各层材料厚度(m) λ1、λ2、---λn—各层材料导热系数[W/(m.k)] 2、围护结构的传热阻 R0=Ri+R+Re 式中: Ri —内表面换热阻(m.k/w)(一般取0.11) Re —外表面换热阻(m.k/w)(一般取0.04) R —围护结构热阻(m.k/w) 3、围护结构传热系数计算 K=1/ R0 式中: R0—围护结构传热阻外墙受周边热桥影响条件下，其平均传热系数的计算 Km=(KpFp+Kb1Fb1+Kb2Fb2+ Kb3Fb3 )/( Fp + Fb1+Fb2+Fb3) 式中:Km—外墙的平均传热系数[W/(m.k)] Kp—外墙主体部位传热系数[W/(m.k)]

芯片工作温度与表面温度

芯片工作温度与表面温度-标准化文件发布号：（9556-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII

芯片工作温度与表面温度例如:一款芯片操作温度是0-70℃,表面温度已经达到85℃是否可以正常工作.表面温度与操作温度的关系,测试环境温度是35℃,温升50℃正常.如果不考虑芯片结温,怎证明温度达到85摄氏度不合理呢是不是芯片的表面温度要控制在70℃一下呢我一直比较困惑,如芯片分为很多等级,例如一款芯片工作温度是这样的:民用级:0℃ to 80℃工业级 -40℃ to 80℃军品级 -40℃ to 125℃所有的芯片结温最大都是150℃.单通过结温判断就有些不合适了吧! 芯片描述的操作温度如果是说芯片的周围环境温度,例如当时气温是30℃,这样是比较好理解.我个人比较同意芯片表面温度不超过最大工作温度.表面温度不等于工作温度也看起来是合理的. 芯片的结温计算:不加散热器的情况下,是否就是Tc(表面温度)+芯片Rja(热阻)*芯片的功耗,还是芯片的Ta(环境温度,例如当时的气温)+芯片Rja(热阻)*芯片功耗 IC封装的热特性摘要：IC封装的热特性对于IC应用的性能和可靠性来说是非常关键的。本文描述了标准封装的热特性：热阻(用“theta”或Θ表示)，ΘJA、ΘJC、ΘCA，并提供了热计算、热参考等热管理技术的详细信息。引言为确保产品的高可靠性，在选择IC封装时应考虑其热管理指标。所有IC在有功耗时都会发热，为了保证器件的结温低于最大允许温度，经由封装进行的从IC 到周围环境的有效散热十分重要。本文有助于设计人员和客户理解IC热管理的基本概念。在讨论封装的热传导能力时，会从热阻和各“theta”值代表的含义入手，定义热特性的重要参数。本文还提供了热计算公式和数据，以便能够得到正确的结(管芯)温度、管壳(封装)温度和电路板温度。热阻的重要性半导体热管理技术涉及到热阻，热阻是描述物质热传导特性的一个重要指标。计算时，热阻用“Theta”表示，是由希腊语中“热”的拼写“thermos”衍生而来。热阻对我们来说特别重要。

热阻计算

热阻计算一般，热阻公式中，Tcmax =Tj - P*Rjc的公式是在假设散热片足够大而且接触足够良好的情况下才成立的，否则还应该写成Tcmax =Tj - P*（Rjc+Rcs+Rsa)。Rjc表示芯片内部至外壳的热阻，Rcs表示外壳至散热片的热阻，Rsa表示散热片的热阻。没有散热片时，Tcmax =Tj - P*（Rjc+Rca)。Rca 表示外壳至空气的热阻。一般使用条件用Tc =Tj - P*Rjc的公式近似。厂家规格书一般会给出，Rjc， P等参数。一般P是在25度时的功耗。当温度大于25度时，会有一个降额指标。一、可以把半导体器件分为功率器件和小功率器件。 1、大功率器件的额定功率一般是指带散热器时的功率，散热器足够大时且散热良好时，可以认为其表面到环境之间的热阻为0，所以理想状态时壳温即等于环境温度。功率器件由于采用了特殊的工艺，所以其最高允许结温有的可以达到175度。但是为了保险起见，一律可以按150度来计算。适用公式：Tc =Tj - P*Rjc。设计时，Tj最大值为150，Rjc已知，假设环境温度也确定，根据壳温即等于环境温度，那么此时允许的P也就随之确定。 2、小功率半导体器件，比如小晶体管，IC，一般使用时是不带散热器的。所以这时就要考虑器件壳体到空气之间的热阻了。一般厂家规格书中会给出Rja，即结到环境之间的热阻。（Rja=Rjc+Rca)。同样以三级管2N5551为例，其最大使用功率1.5W是在其壳温25度时取得的。假设此时环境温度恰好是25度，又要消耗1.5W的功率，还要保证结温也是25度，唯一的可能就是它得到足够良好的散热！但是一般像2N5551这样TO-92封装的三极管，是不可能带散热器使用的。所以此时，小功率半导体器件要用到的公式是： Tc =Tj - P*Rja Rja:结到环境之间的热阻。一般小功率半导体器件的厂家会在规格书中给出这个参数。 2N5551的Rja，厂家给的值是200度/W。已知其最高结温是150度，那么其壳温为25度时，允许的功耗可以把上述数据代入Tc =Tj - P*Rja 得到： 25=150-P*200,得到，P=0.625W。事实上，规格书中就是0.625W。因为2N5551不会加散热器使用，所以我们平常说的2N5551的功率是0.625W而不是1.5W！还有要注意，SOT-23封装的晶体管其额定功率和Rja数据，是在焊接到规定的焊盘（有一定的散热功能）上时测得的。

(精品)热阻及热导率的测量方法

热阻及热导率测试方法范围本方法规定了导热材料热阻和热导率的测试方法。本方法适用于金属基覆铜板热阻和导热绝缘材料热阻和热导率的测试。术语和符号术语热触热阻 contact resistance 是测试中冷热两平面与试样表面相接触的界面产生热流量所需的温差。接触热阻的符号为R I 面积热流量areic heat flow rate 指热流量除以面积。符号下列符号适用于本方法。 λ：热导率，W/（m﹒K）； A：试样的面积，m 2 ； H：试样的厚度，m； Q：热流量，W 或者 J/s； q：单位面积热流量，W/ m 2 ； R：热阻，（K﹒m 2 ）/W。原理本方法是基于测试两平行等温界面中间厚度均匀试样的理想热传导。试样两接触界面间的温度差施加不同温度，使得试样上下两面形成温度梯度，促使热流量全部垂直穿过试样测试表面而没有侧面的热扩散。使用两个标准测量块时本方法所需的测试： T1＝高温测量块的高温，K； T2＝高温测量块的低温，K； T3＝低温测量块的高温，K； T4＝低温测量块的低温，K； A＝测试试样的面积，m 2 ； H＝试样的厚度，m。基于理想测试模型需计算以下参数： T H：高温等温面的温度，K； T C：低温等温面的温度，K； Q：两个等温面间的热流量热阻：两等温界面间的温差除以通过它们的热流量，单位为（K﹒m 2 ）/W；热导率：从试样热阻与厚度的关系图中计算得到，单位为W/(m.K)。

接触热阻存在于试样表面与测试面之间。接触热阻随着试样表面特性和测试表面施加给试样的压力的不同而显著变化。因此，对于固体材料在测量时需保持一定的压力，并宜对压力进行测量和记录。热阻的计算包含了试样的热阻和接触热阻两部分。试样的热导率可以通过扣除接触热阻精确计算得到。即测试不同厚度试样的热阻，用热阻相对于厚度作图，所得直线段斜率的倒数为该试样的热导率，在厚度为零的截取值为两个接触界面的接触热阻。如果接触热阻相对于试样的热阻非常小时（通常小于1％），试样的热导率可以通过试样的热阻和厚度计算得出。通过采用导热油脂或者导热膏涂抹在坚硬的测试材料表面来减小接触热阻。仪器符合本测试方法的一般特点要求的仪器见图A.1和图A.2。该套仪器增加测厚度及压力监测等功能，加强了测试条件的要求来满足测试精度需要。仪器测试表面粗糙度不大于0.5μm；测试表面平行度不大于5μm。精度为1μm归零厚度测试仪（测微计、LVDT、激光探测器等）。压力监测系统。图A.1 使用卡路里测量块测试架图A.2 加热器保护的测量架热源可采用电加热器或是温控流体循环器。主热源部分必需采用有保护罩进行保护，保护罩与热源绝缘，与加热器保持±0.2K的温差。避免热流量通过试样时产生热量损失。无论使用哪一种热源，通过试样的热流量可以用测量块测得。热流量测量块由测量的温度范围内已知其热导率的高热导率材料组成。为准确测量热流量，必须考虑热传导的温度灵敏度。推荐测量块材料的热导率大于50 W/(m.K)。通过推算测量块温度与测试表面的线性关系（Fourier传热方程），确定测量块的热端和冷端的表面温度。冷却单元通常是用温度可控的循环流体冷却的金属块，其温度稳定度为±0.2 K。试样的接触压力通过测试夹具垂直施加在试样的表面上，并保持表面的平行性和对位。

散热器的选型与计算

散热器的选型与计算以7805为例说明问题. 设I=350mA,Vin=12V,则耗散功率Pd=(12V-5V)*0.35A=2.45W 按照TO-220封装的热阻θJA=54℃/W,温升是132℃,设室温25℃,那么将会达到7805的热保护点150℃,7805会断开输出. 正确的设计方法是: 首先确定最高的环境温度,比如60℃,查出7805的最高结温TJMAX=125℃,那么允许的温升是65℃.要求的热阻是65℃/2.45W=26℃/W.再查7805的热阻,TO-220封装的热阻θJA=54℃/W,均高于要求值,都不能使用,所以都必须加散热片,资料里讲到加散热片的时候,应该加上4℃/W的壳到散热片的热阻. 计算散热片应该具有的热阻也很简单,与电阻的并联一样,即54//x=26,x=50℃/W.其实这个值非常大,只要是个散热片即可满足. 散热器的计算: 总热阻RQj-a=(Tjmax-T a)/Pd Tjmax :芯组最大结温150℃ Ta :环境温度85℃ Pd : 芯组最大功耗 Pd=输入功率-输出功率 ={24×0.75+(-24)×(-0.25)}-9.8×0.25×2 =5.5℃/W

总热阻由两部分构成,其一是管芯到环境的热阻RQj-a,其中包括结壳热阻RQj-C和管壳到环境的热阻RQC-a.其二是散热器热阻RQd-a,两者并联构成总热阻.管芯到环境的热阻经查手册知RQj-C=1.0 RQC-a=36 那么散热器热阻RQd-a应<6.4. 散热器热阻RQd-a=[(10/kd)1/2+650/A]C 其中k:导热率铝为2.08 d:散热器厚度cm A:散热器面积cm2 C:修正因子取1 按现有散热器考虑,d=1.0A=17.6×7+17.6×1×13 算得散热器热阻RQd-a=4.1℃/W, 散热器选择及散热计算目前的电子产品主要采用贴片式封装器件，但大功率器件及一些功率模块仍然有不少用穿孔式封装，这主要是可方便地安装在散热器上，便于散热。进行大功率器件及功率模块的散热计算，其目的是在确定的散热条件下选择合适的散热器，以保证器件或模块安全、可靠地工作。散热计算任何器件在工作时都有一定的损耗，大部分的损耗变成热量。小功率器件损耗小，无需散热装置。而大功率器件损耗大，若不采取散

集成电路使用常识

集成电路使用常识费仲兴编译前言在多年的半导体器件的推广应用中了解到，很多整机厂的技术人员并不太了解集成电路使用的必要常识，即使是对于我公司的技术人员来说，关于这方面知识的掌握也不够全面，因此有必要把有关这方面的材料编译出来，供大家参考。本材料主要根据日本东芝公司、三洋公司双极集成电路手册中的有关内容编译而成，有些地方加进了一些个人的理解。一共包含了以下三个方面的内容，一是有关集成电路最大额定值的物理意义以及和产品性能的关系；二是整机设计中功率集成电路的热设计方法；三是集成电路使用中的注意事项。其中最大额定值中的各种使用条件和环境温度的相互关系、关系集成电路功耗等的考虑方法还是值得参考的。一、最大额定值 1、最大额定值的必要性和意义根据半导体物理理论，半导体器件中载流子密度和温度成指数关系，因此温度对集成电路性能影响很大。如果在集成电路内部器件的PN结上施加上足够的电压，载流子就会得到附加的能量，引起雪崩倍增，反向电流迅速增大，这时往往会发生击穿现象。电流所引起的变化不像电压所引起的变化那样剧烈，但它会使半导体元件的性能缓慢地劣化，逐步地失去功能。此外，流过PN结的电流和施加电压的乘积变为功耗，引起温升，如果温度过高，也会引起热破坏。因此，温度、电压、电流和功耗就成为限制集成电路工作的四大因素。据于上述理由，集成电路制造厂家往往对施加在集成电路上的电压、电流、功耗和温度规定最大容许值，要求用户遵照执行，这就是通常所说的最大额定值。究竟什么是最大额定值，日本JIS7030（日本工业标准晶体管试验方法）中是这样定义的：关于集成电路的最大额定值，JIS中没有明确定义过，但只要把上述定义中的晶体管换成集成电路的话，就成为集成电路最大额定值的定义。集成电路最大额定值，就是为了保证集成电路的寿命和可靠性不可超越的额定值。这些额定值受结构材料、设计和生产条件等限制，因集成电路的种类不同其数值也不同。如果采用绝对最大额定值的概念，可以作如下表述。所谓绝对最大额定值，就是在工作中即使瞬间也不能超过的值，如果定有两个以上项目的最大额定值时，其中的任何一个项目也不容许超过。此外，最大额定值的大小不仅决定于半导体芯片内部的特征，同时还要考虑芯片以外的结构材料，如封装树指、芯片焊料等材料的特征。超过最大额定值使用时，有时会不回复其特性。此外，应在设计时考虑电压的变化、零件特性的元件误差、环境温度的变化及输入信号的变化等，避免超过最大额定值中的任何一项。 2、电压的最大额定值集成电路内部有许多PN结，当PN结上施加的电压一高，PN结空间电荷区内形成高电场强度，由于载流子的倍增作用，会引起电子雪崩，如果没有足够大的限流电阻，就会引起PN结的损坏。

热传导计算

热传导计算随着微电子技术的飞速发展，芯片的尺寸越来越小，同时运算速度越来越快，发热量也就越来越大，如英特尔处理器3.6G 奔腾4终极版运行时产生的热量最大可达115W ，这就对芯片的散热提出更高的要求。设计人员就必须采用先进的散热工艺和性能优异的散热材料来有效的带走热量，保证芯片在所能承受的最高温度以内正常工作。如图 1所示，目前比较常用的一种散热方式是使用散热器，用导热材料和工具将散热器安装于芯片上面，从而将芯片产生的热量迅速排除。本文介绍了根据散热器规格、芯片功率、环境温度等数据，通过热传导计算来求得芯片工作温度的方法。芯片的散热过程由于散热器底面与芯片表面之间会存在很多沟壑或空隙，其中都是空气。由于空气是热的不良导体，所以空气间隙会严重影响散热效率，使散热器的性能大打折扣，甚至无法发挥作用。为了减小芯片和散热器之间的空隙，增大接触面积，必须使用导热性能好的导热材料来填充，如导热胶带、导热垫片、导热硅酯、导热黏合剂、相转变材料等。如图2所示，芯片发出的热量通过导热材料传递给散热器，再通过风扇的高速转动将绝大部分热量通过对流（强制对流和自然对流）的方式带走到周围的空气中，强制将热量排除，这样就形成了从芯片，然后通过散热器和导热材料，到周围空气的散热通路。表征热传导过程的物理量

在图3的导热模型中，达到热平衡后，热传导遵循傅立叶传热定律： Q="K"·A·(T1-T2)/L (1) 式中：Q为传导热量（W）；K为导热系数（W/m℃）；A 为传热面积（m2）；L为导热长度（m）。(T1-T2)为温度差。热阻R表示单位面积、单位厚度的材料阻止热量流动的能力，表示为： R＝(T1-T2)/Q＝L/K·A (2) 对于单一均质材料，材料的热阻与材料的厚度成正比；对于非单一材料，总的趋势是材料的热阻随材料的厚度增加而增大，但不是纯粹的线形关系。对于界面材料，用特定装配条件下的热阻抗来表征界面材料导热性能的好坏更合适，热阻抗定义为其导热面积与接触表面间的接触热阻的乘积，表示如下： Z＝(T1-T2)/(Q/A)＝R·A (3) 表面平整度、紧固压力、材料厚度和压缩模量将对接触热阻产生影响，而这些因素又与实际应用条件有关，所以界面材料的热阻抗也将取决于实际装配条件。导热系数指物体在单位长度上产生1℃的温度差时所需要的热功率，是衡量固体热传导效率的固有参数，与材料的外在形态和热传导过程无关，而热阻和热阻抗是衡量过程传热能力的物理量。芯片工作温度的计算如图4的热传导过程中，总热阻R为： R="R1"+R2+R3 (4) 式中：R1为芯片的热阻；R2为导热材料的热阻；R3为散热器的热阻。导热材料的热阻R2为： R2＝Z/A (5) 式中：Z为导热材料的热阻抗，A为传热面积。芯片的工作温度T2为： T2＝T1+P×R (6)

【CN109946578A】一种基于磁纳米粒子的IGBT结温测量方法【专利】

(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910127850.0 (22)申请日 2019.02.20 (71)申请人华中科技大学地址 430074 湖北省武汉市洪山区珞喻路 1037号 (72)发明人刘文中　凌子文　杜中州　皮仕强　 (74)专利代理机构华中科技大学专利中心 42201 代理人李智　曹葆青 (51)Int.Cl. G01R 31/26(2014.01) (54)发明名称一种基于磁纳米粒子的IGBT结温测量方法 (57)摘要本发明公开了一种基于磁纳米粒子的IGBT 结温测量方法，包括：将磁纳米粒子布置在IGBT 芯片外壳背部的中心区域，构建IGBT结、IGBT芯片外壳与工作环境的二阶传热模型；构建均匀的交流激励磁场，将带有磁纳米粒子的IGBT芯片放置于所述磁场后，提取磁纳米粒子响应信号的一次谐波幅值；根据一次谐波幅值，计算IGBT芯片外壳背部温度；根据IGBT芯片外壳背部温度、工作环境温度和二阶传热模型，计算IGBT结温。本发明使磁纳米粒子接近IGBT结处，提高IGBT结温测量的精度；利用磁纳米粒子磁化强度的温度敏感特性，测量磁纳米粒子交流磁化强度的一次谐波幅值，得到外壳背部温度，无需破坏IGBT芯片的现有封装，实现非侵入式温度测量；通过二阶热容热阻传热模型，实现IGBT结温的实时测量。权利要求书2页说明书7页附图5页CN 109946578 A 2019.06.28 C N 109946578 A

1.一种基于磁纳米粒子的IGBT结温测量方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：S1.将磁纳米粒子布置在IGBT芯片外壳背部的中心区域，构建IGBT结、IGBT芯片外壳与工作环境的二阶传热模型； S2.构建均匀的交流激励磁场，将带有磁纳米粒子的IGBT芯片放置于所述磁场后，提取磁纳米粒子响应信号的一次谐波幅值； S3.根据提取到的一次谐波幅值，计算IGBT芯片外壳背部温度； S4.根据计算得到的IGBT芯片外壳背部温度、工作环境温度和二阶传热模型，计算IGBT 结温。 2.如权利要求1所述的IGBT结温测量方法，其特征在于，所述磁纳米粒子的粒径为5～30nm。 3.如权利要求1所述的IGBT结温测量方法，其特征在于，IGBT芯片的传热模型看作R1和C1组成的一阶RC网络，散热片看作R2和C2构成的一阶RC网络，从而构建二阶传热模型。 4.如权利要求3所述的IGBT结温测量方法，其特征在于，所述二阶模型的状态方程为：其中，T j 为IGBT结温，T c 为外壳背部温度，T a 为工作环境温度，I为IGBT耗散功率，t为时间。 5.如权利要求3所述的IGBT结温测量方法，其特征在于，IGBT结温T j 的阶跃响应方程如下： IGBT芯片外壳背部温度T c 的阶跃响应方程如下：权　利　要　求　书1/2页2CN 109946578 A

导热系数和热阻的实际应用

导热系数和热阻的实际应用夏俊峰 2015.08.05 第3版前言本文第1版最早于2007年7月发布在中国光学光电子行业论坛上，之后在2009年8月修改为第2版。本次做了全面的修改，增加了模拟计算的内容，以说明如何来正确认识热阻概念。并通过简单介绍模拟软件中有关接触热阻的设置问题，让读者更好地认识导热系数和热阻的实际应用。需要说明的是，本文是讨论仅在热传导方面，所有概念的定义也是针对热传导而言的。并且本文主要是针对LED 应用方面来谈的。第一章有关理论知识介绍要讲导热系数和热阻的问题，首先要搞清楚这两个概念的定义。而要明确定义，必须要先介绍导热的基本理论。在传热学中，关于热传导的基本理论就是傅里叶定律。对于一维热传导，傅里叶定律表述为：单位时间内通过厚度为L 的热量Q 与厚度两边的温度变化率ΔT 及平板面积A 成正比，即: L ΔT λA t Q -= ——（1）式中：λ是材料的导热系数。负号表示热量自温度高向温度低方向传递。对于上述导热定律，读者必须清楚，公式（1）仅是针对一维、热流密度均匀、测温的平面上温度均匀相等的情况。也就是说，引起ΔT 的因素是通过面积A 的热量Q。如果热源有部分热量没有经过面积A，则不能计算在内。单位时间内传导的热量，就是热功率，用P 表示，单位是：瓦（W）。由公式（1）可以得知：导热系数λ是指在稳定传热条件下，单位时间内通过物体单位距离、单位截面积的平行面、产生1度温差的热量。其单位为：瓦/（米·度）。导热系数和温度有关。具体相关参数要查阅相关物料手册。对公式（1）做个变换，可以得到： A L T - P λ?= ——（2）令： A λL R =θ ——（3）公式（2）就可以简化为： θ R T P ?= ——（4）

散热片计算方法

征热传导过程的物理量在图3的导热模型中,达到热平衡后,热传导遵循傅立叶传热定律: Q=K·A·(T1-T2)/L (1) 式中:Q为传导热量(W);K为导热系数(W/m℃);A 为传热面积(m2);L为导热长度(m).(T1-T2)为温度差. 热阻R表示单位面积、单位厚度的材料阻止热量流动的能力,表示为: R＝(T1-T2)/Q＝L/K·A(2) 对于单一均质材料,材料的热阻与材料的厚度成正比;对于非单一材料,总的趋势是材料的热阻随材料的厚度增加而增大,但不是纯粹的线形关系. 对于界面材料,用特定装配条件下的热阻抗来表征界面材料导热性能的好坏更合适,热阻抗定义为其导热面积与接触表面间的接触热阻的乘积,表示如下: Z＝(T1-T2)/(Q/A)＝R·A (3) 表面平整度、紧固压力、材料厚度和压缩模量将对接触热阻产生影响,而这些因素又与实际应用条件有关,所以界面材料的热阻抗也将取决于实际装配条件.导热系数指物体在单位长度上产生1℃的温度差时所需要的热功率,是衡量固体热传导效率的固有参数,与材料的外在形态和热传导过程无关,而热阻和热阻抗是衡量过程传热能力的物理量. 芯片工作温度的计算如图4的热传导过程中,总热阻R为: R=R1+R2+R3 (4) 式中:R1为芯片的热阻;R2为导热材料的热阻;R3为散热器的热阻.导热材料的热阻R2为: R2＝Z/A (5) 式中:Z为导热材料的热阻抗,A为传热面积.芯片的工作温度T2为:

T2＝T1+P×R (6) 式中:T1为空气温度;P为芯片的发热功率;R为热传导过程的总热阻.芯片的热阻和功率可以从芯片和散热器的技术规格中获得,散热器的热阻可以从散热器的技术规格中得到,从而可以计算出芯片的工作温度T2. 实例下面通过一个实例来计算芯片的工作温度.芯片的热阻为1.75℃/W,功率为5W,最高工作温度为90℃,散热器热阻为1.5℃/W,导热材料的热阻抗Z为5.8℃cm2/W,导热材料的传热面积为5cm2,周围环境温度为50℃.导热材料理论热阻R4为: R4＝Z/A＝5.8 (℃·cm2/W)/ 5(cm2)=1.16℃/W(7) 由于导热材料同芯片和散热器之间不可能达到100%的结合,会存在一些空气间隙,因此导热材料的实际热阻要大于理论热阻.假定导热材料同芯片和散热器之间的结合面积为总面积的60%,则实际热阻R3为: R3＝R4/60%＝1.93℃/W(8) 总热阻R为: R=R1+R2+R3=5.18℃/W (9) 芯片的工作温度T2为: T2＝T1+P×R＝50℃+(5W× 5.18℃/W)＝75.9℃ (10) 可见,芯片的实际工作温度75.9℃小于芯片的最高工作温度90℃,处于安全工作状态. 如果芯片的实际工作温度大于最高工作温度,那就需要重新选择散热性能更好的散热器,增加散热面积,或者选择导热效果更优异的导热材料,提高整体散热效果,从而保持芯片的实际工作温度在允许范围以内(作者:方科 )转载

芯片封装的主要步骤

芯片封装的主要步骤板上芯片（Chip On Board, COB)工艺过程首先是在基底表面用导热环氧树脂(一般用掺银颗粒的环氧树脂)覆盖硅片安放点，然后将硅片直接安放在基底表面，热处理至硅片牢固地固定在基底为止，随后再用丝焊的方法在硅片和基底之间直接建立电气连接。裸芯片技术主要有两种形式：一种是COB技术，另一种是倒装片技术（Flip Chip）。板上芯片封装（COB），半导体芯片交接贴装在印刷线路板上，芯片与基板的电气连接用引线缝合方法实现，芯片与基板的电气连接用引线缝合方法实现，并用树脂覆盖以确保可靠性。虽然COB是最简单的裸芯片贴装技术，但它的封装密度远不如TAB和倒片焊技术。 COB主要的焊接方法：（1）热压焊利用加热和加压力使金属丝与焊区压焊在一起。其原理是通过加热和加压力，使焊区（如AI）发生塑性形变同时破坏压焊界面上的氧化层，从而使原子间产生吸引力达到“键合”的目的，此外，两金属界面不平整加热加压时可使上下的金属相互镶嵌。此技术一般用为玻璃板上芯片COG。（2）超声焊超声焊是利用超声波发生器产生的能量，通过换能器在超高频的磁场感应下，迅速伸缩产生弹性振动，使劈刀相应振动，同时在劈刀上施加一定的压力，于是劈刀在这两种力的共同作用下，带动AI丝在被焊区的金属化层如（AI膜）表面迅速摩擦，使AI丝和AI膜表面产生塑性变形，这种形变也破坏了AI层界面的氧化层，使两个纯净的金属表面紧密接触达到原子间的结合，从而形成焊接。主要焊接材料为铝线焊头，一般为楔形。（3）金丝焊球焊在引线键合中是最具代表性的焊接技术，因为现在的半导体封装二、三极管封装都采用AU线球焊。而且它操作方便、灵活、焊点牢固（直径为25UM的AU丝的焊接强度一般为0.07～0.09N/点），又无方向性，焊接速度可高达15点/秒以上。金丝焊也叫热（压）（超）声焊主要键合材料为金（AU）线焊头为球形故为球焊。 COB封装流程第一步：扩晶。采用扩张机将厂商提供的整张LED晶片薄膜均匀扩张，使附着在薄膜表面紧密排列的LED晶粒拉开，便于刺晶。第二步：背胶。将扩好晶的扩晶环放在已刮好银浆层的背胶机面上，背上银浆。点银浆。

常用材料的导热系数表

材料的导热率傅力叶方程式： Q=KA△T/d, R=A△T/Q Q: 热量，W；K: 导热率，W/mk；A：接触面积；d: 热量传递距离；△T：温度差；R: 热阻值导热率K是材料本身的固有性能参数，用于描述材料的导热能力。这个特性跟材料本身的大小、形状、厚度都是没有关系的，只是跟材料本身的成分有关系。所以同类材料的导热率都是一样的，并不会因为厚度不一样而变化。将上面两个公式合并，可以得到 K=d/R。因为K值是不变的，可以看得出热阻R值，同材料厚度d是成正比的。也就说材料越厚，热阻越大。但如果仔细看一些导热材料的资料，会发现很多导热材料的热阻值R，同厚度d并不是完全成正比关系。这是因为导热材料大都不是单一成分组成，相应会有非线性变化。厚度增加，热阻值一定会增大，但不一定是完全成正比的线性关系，可能是更陡的曲线关系。根据R=A△T/Q这个公式，理论上来讲就能测试并计算出一个材料的热阻值R。但是这个公式只是一个最基本的理想化的公式，他设定的条件是：接触面是完全光滑和平整的，所有热量全部通过热传导的方式经过材料，并达到另一端。实际这是不可能的条件。所以测试并计算出来的热阻值并不完全是材料本身的热阻值，应该是材料本身的热阻值+所谓接触面热阻值。因为接触面的平整度、光滑或者粗糙、以及安装紧固的压力大小不同，就会产生不同的接触面热阻值，也会得出不同的总热阻值。所以国际上流行会认可设定一种标准的测试方法和条件，就是在资料上经常会看到的ASTM D5470。这个测试方法会说明进行热阻测试时候，选用多大的接触面积A，多大的热量值Q，以及施加到接触面的压力数值。大家都使用同样的方法来测试不同的材料，而得出的结果，才有相比较的意义。通过测试得出的热阻R值，并不完全是真实的热阻值。物理科学就是这样，很多参数是无法真正的量化的，只是一个“模糊”的数学概念。通过这样的“模糊”数据，人们可以将一些数据量化，而用于实际应用。此处所说的“模糊” 是数学术语，“模糊”表示最为接近真实的近似。而同样道理，根据热阻值以及厚度，再计算出来的导热率K值，也并不完全是真正的导热率值。傅力叶方程式，是一个完全理想化的公式。我们可用来理解导热材料的原理。但实际应用、热阻计算是复杂的数学模型，会有很多的修正公式，来完善所有的环节可能出现的问题。总之： a. 同样的材料，导热率是一个不变的数值，热阻值是会随厚度发生变化的。 b. 同样的材料，厚度越大，可简单理解为热量通过材料传递出去要走的路程越多，所耗的时间也越多，效能也越差。 c. 对于导热材料，选用合适的导热率、厚度是对性能有很大关系的。选择导热率很高的材料，但是厚度很大，也是性能不够好的。最理想的选择是：导热率高、厚度薄，完美的接触压力保证最好的界面接触。 d、使用什么导热材料给客户，理论上来讲是很困难的一件事情。很难真正的通过一些简单的数据，来准确计算出选用何种材料合适。更多的是靠测试和对比，还有经验。测试能达到产品要求的理想效果，就是最为合适的材料。 e、不专业的用户，会关注材料的导热率；专业的用户，会关注材料的热阻值。

热阻与热阻抗Word版

热传导的基础理论傅立叶方程对界面材料的热传导，一般按一维来处理，其热传导过程可用傅立叶方程描述： Q＝KA△T/d ┄┄┄┄┄┄┄ (1) 式中：K：导热系数，W/m.k A：接触面积，m2 Q：趁热量，W △T：热量流入面与流出面之间的温差，℃d：壁面的厚度，m 导热系数导热系数是描述材料导热能力的一个物理量，为单一材料的固有特性，与材料的大小、形状无关。而对于采用玻璃丝网或聚合物膜加固的界面材料，由于其导热系数取决于不同材料层的相对厚度及导热的方向性能，所以用相对导热系数来表征材料的导热性能更合适。热阻热阻表示单位面积、单位厚度的材料阻止热量流动的能力，表示为： Rθ＝d/K (2) 对于单一材料，材料的热阻与材料的厚度成正比；对于非单一材料，总的趋势是材料的热阻随材料的厚度增加而增大，但不是纯粹的线形关系。热阻抗对于界面材料，用特定装配条件下的热阻抗来表征界面材料导热性能的好坏更合适，热阻抗定义为其热阻和与接触表面间的接触热阻之和，表示如下： Zθ＝d/(K.A)+Ri (3) 表面平直度、表面粗糙度、紧固压力、材料厚度和压缩模量将对接触热阻产生影响，而这些因素又与实际应用条件有关，所以界面材料的热阻抗也将取决于实际装配条件，其影响因素有：接触面积A：接触面积增加，装配热阻即减小。材料厚度d：绝缘厚度增加，材料的装配热阻增大。装配压力(Pressure)：在理想条件下，装配压力增加，热阻减小，但压力增加到一定值后，热阻减小的幅度很小，该点的压力则为材料的最佳压力值。另外，装配热阻的大小还跟测试方法有关。界面材料的测试方法热阻抗的测试方法 ASTM D5470规定的测试方法遵照美国ASTM D5470－93标准其测试原理图如右图所示：测试头为圆柱体：截面积1in2 表面粗糙度：小于1μm 材料为：铝6160 T6 加热块及平衡加热器材料为：铜压力：500PSI±1psi 平衡判定：10分钟内温度变化：小于1℃ ASTM D5470 测试方法示意图计算方法为：热量(Heat)： Q cal1,2= Kcal1,2 A cs m1,2(W) 平均热量(Average Heat): Q avg=( Q cal1+ Q cal2)(W)

芯片工作温度与表面温度

芯片工作温度与表面温度例如:一款芯片操作温度是0-70℃,表面温度已经达到85℃是否可以正常工作.表面温度与操作温度的关系,测试环境温度是35℃,温升50℃正常.如果不考虑芯片结温,怎证明温度达到85摄氏度不合理呢?是不是芯片的表面温度要控制在70℃一下呢? 我一直比较困惑,如芯片分为很多等级,例如一款芯片工作温度是这样的:民用级:0℃ to 80℃工业级 -40℃ to 80℃军品级 -40℃ to 125℃所有的芯片结温最大都是150℃.单通过结温判断就有些不合适了吧! 芯片描述的操作温度如果是说芯片的周围环境温度,例如当时气温是30℃,这样是比较好理解.我个人比较同意芯片表面温度不超过最大工作温度.表面温度不等于工作温度也看起来是合理的. 芯片的结温计算:不加散热器的情况下,是否就是Tc(表面温度)+芯片Rja(热阻)*芯片的功耗,还是芯片的Ta(环境温度,例如当时的气温)+芯片Rja(热阻)*芯片功耗? IC封装的热特性摘要：IC封装的热特性对于IC应用的性能和可靠性来说是非常关键的。本文描述了标准封装的热特性：热阻(用“theta”或Θ表示)，ΘJA、ΘJC、ΘCA，并提供了热计算、热参考等热管理技术的详细信息。引言为确保产品的高可靠性，在选择IC封装时应考虑其热管理指标。所有IC在有功耗时都会发热，为了保证器件的结温低于最大允许温度，经由封装进行的从IC 到周围环境的有效散热十分重要。本文有助于设计人员和客户理解IC热管理的基本概念。在讨论封装的热传导能力时，会从热阻和各“theta”值代表的含义入手，定义热特性的重要参数。本文还提供了热计算公式和数据，以便能够得到正确的结(管芯)温度、管壳(封装)温度和电路板温度。热阻的重要性半导体热管理技术涉及到热阻，热阻是描述物质热传导特性的一个重要指标。计算时，热阻用“Theta”表示，是由希腊语中“热”的拼写“thermos”衍生而来。热阻对我们来说特别重要。

常用导热系数单位之间的换算关系

常用导热系数单位之间的换算关系下表为常用导热系数单位换算表。上表中，关于几种温度单位：开氏温度(K )：国际单位制基本单位。绝对零度℃为0开氏度。摄氏温度(℃)：一个大气压下，规定水的冰点为0℃，沸点为100℃。华氏温度(℉)：一个大气压下，规定水的冰点为32℉，沸点为212℉。温度单位之间的换算关系为：摄氏度与开氏度：K＝℃－摄氏度与华氏度：℉=(9/5)*℃＋32 摄氏度与华氏度：K＝5/9(℉＋ 1 根据预制直埋保温管规范推算 2 根据埋深和聚氨酯和玻璃钢的承重计算已知保温材料导热系数外墙保温厚度怎么计算首先明确你用的外墙要达到什么标准，是50节能、还是65节能标准。以65%节能为例，传热系数Km≤ W/（）。其倒数即为符合墙体传热阻，再减去内外墙传热阻以及基墙传热阻就可以得到你用的外墙的热阻，再根据公式R = δ/λ（热阻=材料厚度/导热系数），即可算出你所需要的厚度。隔热保温层厚度计算

2009-05-25 13:37:15|分类：个人日记 |标签： |字号大中小订阅聚氨酯泡沫塑料作为隔热保温材料已广泛用于建筑、冷库、油管、保温管道等。正确地确定隔热层厚度将大大地节省原料，降低材料费用。绝热工程包括保温和保冷两方面的内容。经济厚度计算方法是一种最广泛使用的方法。把绝热材料的投资和热冷损失的费用综合考虑后得出一种经济厚度，此时保温与保冷费用和热损失费用之和为最小。一般控制绝热层表面单位面积的热损失不大于规定值。在实际计算中，保温层表面温度ts如何确定与各方面都有关系。从能耗考虑，ts与大气温度t0越接近越好，但是，相应的其投资费用也越大。反之，则能源又随投资费用的减少而大幅度的增加。因此，保温保冷层表面温度应分别高于大气温度和露点温度。同时，式中a1的值（外部传热系数）对保温的场合往往直接取10，对保冷取7。例1，某冷库，库内最低温度为-20℃，夏季平均气温为30℃，湿度为85%，采用聚氨酯泡沫作绝热材料，其厚度应为多少已知tf=-20℃ta=30℃λ=Kcal/m·h·℃a1=7Kcal/m2·h·℃ ts的求法： ts为绝热层表面露点温度，查阅饱和蒸汽压表得： 30℃时的饱和蒸汽压为柱 ×=

LED结温热阻计算方法详解

LED结温热阻计算方法详解. Ta: 环境温度Rsa：铝基散热装置的热阻、散热器与环境间的热阻 Ts: 散热装置的温度. Rms：铝基板到铝散热装置的热阻 Tm: 铝基板的温度. Rcm：引脚到铝基板的热阻 Tc: 引脚的温度. Rjc：PN结到引脚的热阻、结壳间的热阻 Rja：PN结点到环境的热阻 Tj：晶体管的结温、芯片PN结最大能承受之温度( 100-130℃) P表示功耗 Rcs表示晶体管外壳与散热器间的热阻， L50: LED光源亮度降至50%的寿命 L70: LED光源亮度降至70%的寿命结温计算的过程： 1.热阻与温度、功耗之间的关系为： Ta=Tj-*P(Rjc+Rcs+Rsa)=Tj-P*Rja， 2.当功率晶体管的散热片足够大而且接触足够良好时，壳温Tc=Ta 晶体管外壳与环境间的热阻Rca=Rcs+Rsa=0。此时Ta=Tj-*P(Rjc+Rcs+Rsa)演化成公式 Ta=Tc=Tj-P*Rjc。厂家规格书一般会给出，最大允许功耗Pcm、Rjc及(或) Rja等参数。一般Pcm 是指在Tc=25℃或Ta=25℃时的最大允许功耗。当使用温度大于25℃时，会有一个降额指标。 3.以ON公司的为例三级管2N5551举个实例： 1)2N5551规格书中给出壳温Tc=25℃时的最大允许功耗是1.5W，Rjc是83.3度/W。 2)代入公式Tc=Tj- P*Rjc有：25=Tj-1.5*83.3可以从中推出最大允许结温Tj为150度。一般芯片最大允许结温是确定的。所以，2N5551的允许壳温与允许功耗之间的关系为： Tc=150-P*83.3。 3)比如，假设管子的功耗为1W，那么，允许的壳温Tc=150-1*83.3=66.7度。 4)注意，此管子Tc =25℃时的最大允许功耗是1.5W，如果壳温高于25℃,功率就要降额使用。规格书中给出的降额为12mW/度(0.012W/度）。 5)我们可以用公式来验证这个结论。假设壳温为Tc，那么，功率降额为0.012*(Tc-25)。则此时最大总功耗为1.5-0.012*(Tc-25)。把此时的条件代入公式Tc=Tj- P*Rjc得出： Tc=150-(1.5-0.012*(Tc-25))*83.3，公式成立。 4.一般情况下没办法测Tj，可以经过测Tc的方法来估算Tj。公式变为： Tj=Tc+P*Rjc

常见材料导热系数(史上最全版)

导热率K是材料本身的固有性能参数，用于描述材料的导热能力，又称为热导率，单位为W/mK。这个特性跟材料本身的大小、形状、厚度都是没有关系的，只是跟材料本身的成分有关系。不同成分的导热率差异较大，导致由不同成分构成的物料的导热率差异较大。单粒物料的导热性能好于堆积物料。稳态导热：导入物体的热流量等于导出物体的热流量，物体内部各点温度不随时间而变化的导热过程。非稳态导热：导入和导出物体的热流量不相等，物体内任意一点的温度和热含量随时间而变化的导热过程，也称为瞬态导热过程。导热系数是指在稳定传热条件下，1m厚的材料，两侧表面的温差为1度（K,°C）,在1秒内，通过1平方米面积传递的热量，用λ表示，单位为瓦/米·度导热系数与材料的组成结构、密度、含水率、温度等因素有关。非晶体结构、密度较低的材料，导热系数较小。材料的含水率、温度较低时，导热系数较小。通常把导热系数较低的材料称为保温材料(我国国家标准规定，凡平均温度不高于350℃时导热系数不大于0.12W/(m·K)的材料称为保温材料），而把导热系数在0.05瓦/米摄氏度以下的材料称为高效保温材料。导热系数高的物质有优良的导热性能。在热流密度和厚度相同时，物质高温侧壁面与低温侧壁面间的温度差，随导热系数增大而减小。锅炉炉管在未结水垢时，由于钢的导热系数高，钢管的内外壁温差不大。而钢管内壁温度又与管中水温接近，因此，管壁温度（内外壁温度平均值）不会很高。但当炉管内壁结水垢时，由于水垢的导热系数很小，水垢内外侧温差随水垢厚度增大而迅速增大，从而把管壁金属温度迅速抬高。当水垢厚度达到相当大（一般为1~3毫米）后，会使炉管管壁温度超过允许值，造成炉管过热损坏。对锅炉炉墙及管道的保温材料来讲，则要求导热系数越低越好。一般常把导热系数小于0。8x10的3次方瓦/（米时·摄氏度）的材料称为保温材料。例如石棉、珍珠岩等填缝导热材料有:导热硅脂、导热云母片、导热陶瓷片、导热矽胶片、导热双面胶等。主要作用是填充发热功率器件与散热片之间的缝隙，通常看似很平的两个面,其实接触面积不到40%,又因为空气是不良导热体，导热系数仅有0.03w/m.k,填充缝隙就是用导热材料填充缝隙间的空气. 傅力叶方程式： Q=KA△T/d, R=A△T/Q Q: 热量，W K: 导热率，W/mk A：接触面积 d: 热量传递距离△T：温度差 R: 热阻值将上面两个公式合并，可以得到 K=d/R。因为K值是不变的，可以看得出热阻R值，同材料厚度d是成正比的。也就说材料越厚，热阻越大。但如果仔细看一些导热材料的资料，会发现很多导热材料的热阻值R，同厚度d并不是完全成正比关系。这是因为导热材料大都不是单一成分组成，相应会有非线性变化。厚度增加，热阻值一定会增大，但不一定是完全成正比的线性关系，可能是更陡的曲线关系。实际这是不可能的条件。所以测试并计算出来的热阻值并不完全是材料本身的热阻值，应该是材料本身的热阻值+所谓接触面热阻值。因为接触面的平整度、光滑或者粗糙、以及安装紧固的压力大小不同，就会产生不同的接触面热阻值，也会得出不同的总热阻值。所以国际上流行会认可设定一种标准的测试方法和条件，就是在资料上经常会看到的ASTM D5470。这个测试方法会说明进行热阻测试时候，选用多大的接触面积A，多大的热量值Q，以及施加到接触面的压力数值。大家都使用同样的方法来测试不同的材料，而得出的结果，才有相比较的意义。通过测试得出的热阻R值，并不完全是真实的热阻值。物理科学就是这样，很多参数是无法真正的量化的，只是一个“模糊”的数学概念。通过这样的“模糊”数据，人们可以将一些数据量化，而用于实际应用。此处所说的“模糊” 是数学术语，“模糊”表示最为接近真实的近似。