热阻(thermalresistance)
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),即
上式中, 为物体一端的温度、 为物体另一端的温度以及 为发热源的功率。
当热量在物体内部以热传导的方式传递时,遇到的阻力称为导热热阻。对于热流经过的截面积不变的平板,导热热阻为为L/(k*A)。其中L为平板的厚度,A为平板垂直于热流方向的截面积,k为平板材料的热导率。 热阻示意图
在对流换热过程中,固体壁面与流体之间的热阻称为对流换热热阻,1/(hA)。其中h为对流换热系数,A为换热面积。两个温度不同的物体相互辐射换热时的热阻称为辐射热阻。如果两个物体都是黑体(见黑体和灰体),且忽略两物体间的气体对热量的吸收,则辐射热阻为1/(A1F1-2)或1/(A2F2-1)。其中A1和A2为两个物体相互辐射的表面积,F1-2和F2-1为辐射角系数。
当热量流过两个相接触的固体的交界面时,界面本身对热流呈现出明显的热阻,称为接触热阻。产生接触热阻的主要原因是,任何外表上看来接触良好的两物体,直接接触的实际面积只是交界面的一部分(见图),其余部分都是缝隙。热量依靠缝隙内气体的热传导和热辐射进行传递,而它们的传热能力远不及一般的固体材料。接触热阻使热流流过交界面时,沿热流方向温度 T发生突然下降,这是工程应用中需要尽量避免的现象。减小接触热阻的措施是:①增加两物体接触面的压力,使物体交界面上的突出部分变形,从而减小缝隙增大接触面。②在两物体交界面处涂上有较高导热能力的胶状物体──导热脂。
热量在热流路径上遇到的阻力,反映介质或介质间的传热能力的大小,表明了 1W热量所引起的温升大小,单位为℃/W或K/W。用热功耗乘以热阻,即可获得该传热路径上的温升。可以用一个简单的类比来解释热阻的意义,换热量相当于电流,温差相当于电压,则热阻相当于电阻。
热阻Rja:芯片的热源结(junction)到周围冷却空气(ambient)的总热阻,乘以其发热量即获得器件温升。
热阻Rjc:芯片的热源结到封装外壳间的热阻,乘以发热量即获得结与壳的温差。
热阻Rjb:芯片的结与PCB板间的热阻,乘以通过单板导热的散热量即获得结与单板间的温差。
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。