熱阻這個(gè)詞突然就出現(xiàn)了，但由于這是散熱設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，所以我先解釋一下。簡單地說，熱阻就是熱量傳遞的難易程度，符號為θ，單位為[℃/W]。換句話說，熱阻越低，傳熱越容易。熱阻和相關(guān)項(xiàng)目可以從電路元件的角度來考慮，如下所示。
　　熱阻概念
　　發(fā)熱量 Q [W] → 電流 I [A]
　　溫差 ΔT [℃] → 電位差 E [V]
　　熱阻θ[℃/W]→電阻R[Ω]
　　通過這樣的建模，可以將歐姆定律應(yīng)用到散熱設(shè)計(jì)中，所以我覺得可以直觀地理解。例如，假設(shè)我們在絕緣片的正面和背面之間施加溫差。然后，熱量從高溫側(cè)傳遞到低溫側(cè)。如果溫差為1℃時(shí)，通過板材傳輸1W的熱量，則該板材的熱阻為1℃/W（與材料固有的熱阻分開）。如果將兩片紙疊在一起，串聯(lián)時(shí)熱阻將增加一倍，并聯(lián)時(shí)如果面積增加一倍，熱阻將減半?！　?a href="http://www.58mhw.cn" target="_blank">電子元件內(nèi)部產(chǎn)生的熱量最終通過各種途徑傳遞到大氣中。例如，在功率晶體管的情況下，順序是半導(dǎo)體芯片(j) →封裝表面(c) →散熱器(hs) →大氣(a) 。熱阻存在于熱量傳播的所有材料中。就功率器件而言，大部分產(chǎn)生的熱量都會通過散熱器等預(yù)定路徑，因此從半導(dǎo)體芯片到大氣的熱阻是沿途所有熱阻的總和。

　　散熱設(shè)計(jì)示例
　　現(xiàn)在，我們實(shí)際進(jìn)行一個(gè)簡單的熱輻射計(jì)算。由于產(chǎn)生的熱量（功耗）和環(huán)境溫度通常在一開始就已知，因此該過程首先選擇將半導(dǎo)體芯片的溫度保持在允許值以下所需的散熱器。讓我們通過設(shè)置如下條件來計(jì)算所需的散熱器。發(fā)熱和環(huán)境溫度假設(shè)最壞情況。實(shí)際上，我并不經(jīng)常以消耗 10W 的方式使用 TO-220 封裝。
　　最大熱值10W
　　最高環(huán)境溫度50℃
　　晶體管最大額定值：Pc=50W(Tc=25℃)，Tj=150℃，外形尺寸：TO-220
　　其他部分使用云母片和硅脂
　　首先，計(jì)算從半導(dǎo)體芯片到外部空氣所需的總熱阻。在此條件下，芯片與外界空氣的溫差ΔT j-a為100℃，發(fā)熱量Q為10W。因此，根據(jù)θ = ΔT / Q，總熱阻 (θ j -a )必須小于100℃ / 10W = 10[℃/W]。順便說一句，Tj是芯片（結(jié)）溫度，Tc是封裝（外殼）表面溫度，Ta是大氣（大氣）溫度。
　　接下來，從所需的總熱阻中減去芯片到散熱器的熱阻。其中包括芯片與封裝之間、封裝與散熱器之間的熱阻，減去它們，剩下的熱阻就是散熱器所需的性能。
　　首先，從芯片到封裝表面的熱阻 (θ j-c )。這通常在晶體管的數(shù)據(jù)表中說明，但如果您不確定，請按如下方式計(jì)算：根據(jù)
　　θ = ΔT / Q ， θ j-c = T j-c / Q = (150-25) / 50 = 2.5[℃/W]
　　接下來，從封裝到散熱器的熱阻 (θ c-r )。這是封裝和散熱器之間接觸區(qū)域的熱阻，根據(jù)裝配條件（有無絕緣片和硅脂、緊固扭矩等）而變化。例如，TO-220 封裝如下所示：
　　云母片
　　無硅脂
　　含硅脂
　　沒有任何2.0℃/瓦0.5℃/瓦
　　可5.0℃/瓦2.5℃/瓦
　　本例中使用云母片絕緣和硅脂，因此值為2.5[℃/W]。現(xiàn)在我們知道了從芯片到散熱器的熱阻，我們可以從所需的總熱阻 (θ j-a )中減去這些值。那么，
　　θ j-a - θ j-c - θ c-r = 10 - 2.5 - 2.5 = 5
　　，并且所需的散熱器性能為5[℃/W]或更小。但這樣算出的值是一個(gè)極限值，超過就會導(dǎo)致?lián)p壞，不言而喻，應(yīng)該根據(jù)這個(gè)值來選擇有足夠余量的散熱器。如今，云母片已完全過時(shí)，易于加工的硅橡膠片已成為主流。它由橡膠制成，具有良好的粘合性，無需硅脂，但其缺點(diǎn)是耐熱性較高。在最近的 TO-220 封裝中，金屬部件越來越多地采用樹脂完全模制，并且不需要絕緣片（需要硅脂）。
　　不帶散熱器
　　如果功率器件沒有配備散熱器，功耗將會急劇下降。TO-220封裝常在不帶散熱器的情況下使用，但不帶散熱器時(shí)，熱阻(θ j-a )為數(shù)十℃/W，功耗約為1～2W。
　　瞬態(tài)熱阻
　　即使瞬時(shí)發(fā)熱量超過設(shè)計(jì)值，短時(shí)間內(nèi)也可能是可以接受的。這是因?yàn)榘雽?dǎo)體芯片、封裝和散熱器都有自己的熱容量。這可以建模為 RC 網(wǎng)絡(luò)，主要用于間歇或瞬態(tài)操作中的熱設(shè)計(jì)。即使發(fā)熱是間歇性的，如果與熱時(shí)間常數(shù)相比足夠快（例如在開關(guān)電源中），發(fā)熱也會被平均并被視為直流操作。