一、热阻概念

这个计算公式为什么说不对,首先得搞清楚热阻的概念。以下引用百度百科内容:

热阻(Thermal Resistance)-物理名词
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)。
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。
R=(T2-T1)/P
上式中,
T2为物体一端的温度,芯片的发热源的温度(结温)
T1为物体另一端的温度,芯片的散热焊盘、引线、峰值外壳(塑封、陶封、金属封装还有一些其他类型的封装)
P为发热源的功率(以我的理解,应该是流经此热阻的功率,不然会有误导,芯片的散热途径不是单一的)。
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。

以上就是热阻R的基本概念。为了更好理解这个热阻,可以与电路的电阻概念进行类比,电阻作用是阻碍电子从电路中流过的速率,电阻越大,阻碍能力越大。热阻也是,它是形容阻碍热量传导的一个值,热阻越大,越不容易从此路径传导。

二、举例说明

以塑封的功率mos来举例,假设该mos产生的损耗为1W,这个1W就必须通过传导、热辐射等来散掉,否则芯片温度会越来越高,直到烧毁,这显然是不会的,不然就没法用了,那么这个1W是怎么散掉的呢,一般手册里会有几个热阻参数,Rja(结到环境的热阻)、Rjc(结到壳体的热阻,功率mos的壳体一般就是散热焊盘)、Rjl(结到引脚的热阻)等,可能还有一些其他热阻。但是不管是什么热阻,其说明的都是散热的阻力。最后芯片会通过这些热阻(这些热阻构成了结与外边部环境、结与PCB板之间的散热通道)达成热平衡。也就是说,芯片会经历升温再到温度稳定的过程。如果是塑料峰值,一般来说Rja会比Rjc大很多,因为结到外部环境其实还隔了一层塑料,阻碍散热。所以为什么芯片散热焊盘下的PCB铜皮要尽量大,且要多打过孔,因为像功率MOS这种器件,结到散热焊盘的热阻小于结到环境的热阻,散热焊盘是主要的散热途径,如果PCB散热设计做的好,外部不加散热器,在常温环境在一般都能正常工作。当然如果加散热片,散热会更快,原因是芯片塑料壳先将热导到金属散热片,金属片有更大的散热面积跟导热系数,变相改变了结到环境的热阻。

三、结论

所以,如果我们用热成像仪测试芯片表面温度,当温度稳定后,该温度基本上就是结的温度(外结到外壳的热阻大,壳到环境的热阻也大,导致壳散热慢,结的温度跟壳的温度不会相差太大),结的温度可以再此之上加个10℃左右(有相关试验可以证明,有兴趣自行查找,如果芯片手册中能找到结到壳表面的热阻参数,可以简单用此热阻乘以功耗+热成像仪温度进行估算)。再多说一点,考虑热阻跟温度时类比成电压跟电阻会更好理解。Tj=Ta(环境温度)+Rja(结到环境的热阻)*功耗这个公式别再相信了!

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