热阻与散热

Date: 2020/04/06

管芯温度和环境温度

$T_j=P·R_T+T_a$

Tj​=P⋅RT​+Ta​

P：芯片的发热功率

T_a：环境（Ambient）温度

T_j：管芯（junction）温度

R_T：热阻

$管芯温度=芯片的发热功率×热阻+环境温度$

管芯温度=芯片的发热功率×热阻+环境温度

• R_T（热阻）： 描述阻碍散热的物理量，热阻越大散热越困难，单位℃/W，1℃/W意味着1W的功耗会使这个芯片上升1℃

• T_j（管芯（junction）温度）： 手只可以摸到管壳温度

• 以二氧化硅为材料的半导体器件，所承受最高管芯温度大概是150摄氏度，也就是说T_j 最多150摄氏度，加上基本的环境温度和安全裕量，比如说基本环境温度是25摄氏度，而裕量我们也给25摄氏度，这也就是说，一般允许的功耗，发热升温不能超过100度，你超过100了，就超过管芯温度了 。

热阻的计算

热阻的概念与电阻有类似的地方，由于环境温度被认为是热容量极大且温度保持不变，所以散热的回路必须从管芯一直串联到空气

• 没有散热器时芯片的热阻表达式

$R_T=R_{jc}+R_{ca}$

RT​=Rjc​+Rca​

管芯（junction）

管壳（case）

环境（Ambient）

散热器的引入相当于增加了一个散热通道

• 有散热器时芯片的热阻表达式

$R_T=(R_{jc}+R_{ca})//(R_{jc}+R_{cs}+R_{sa})$

RT​=(Rjc​+Rca​)//(Rjc​+Rcs​+Rsa​)

• 由于
  $R_{ca}>>(R_{cs}+R_{sa})$

  Rca​>>(Rcs​+Rsa​)，所以在有散热器时，总热阻可近似表示为：
  $R_T≈R_{jc}+R_{cs}+R_{sa}$

  RT​≈Rjc​+Rcs​+Rsa​(管壳散热通道忽略)

• 如果在散热器和管壳之间涂上导热硅脂，那么这部分散热也可以忽略不计
  $R_T≈R_{jc}导热硅脂+R_{sa}$

  RT​≈Rjc​导热硅脂+Rsa​（CS忽略）

散热器的热阻

好的散热器表面应该阳极钝化（不能是镜面抛光），最好还是黑色

TO-92 TO-220 TO-03 这三种常见散热器的封装，后面两种可以加装散热器，这两种封装不加散热器的话热阻其实很大，一定功率下发热芯片就受不了了，所以一定要注意加装散热器，而散热器的热阻是可以查得到的