第二部分:散热设计常用到的专业名词很多,首先先了解一下这些专用术语。
导热系数: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,℃),在一秒钟内(1S),通过一平方米面积传递的热量,单位为瓦/米·度(W/(m·k),此处k可用℃代替)。
不同物质的导热系数各不相同,相同物质的导热系数与其结构、密度、湿度、温度、压力等因素有关。一般来说,固体的导热率比>液体>气体。而在所有固体中,金属是最好的导热体,纯金属的导热系数一般随温度升高而降低,且金属的纯度对导热系数影响很大,如含碳为1%的普通碳钢的导热系数为45W/m·K,不锈钢的导热系数仅为16W/m·K。
热阻:热量在传递过程中受到的阻力,也就是传热路径上的温差与热量的比值。用R或θ表示,R=△T/Q。
一般器件规格体现的热阻数据有 :θJB 芯片结到板热阻,θJC结到封装壳表面热阻,θJA结到环境热阻。下图是器件规格书常见的热阻参数例子。
注意ΘJC表示的仅仅是散热通路到封装表面的电阻,因此ΘJC总是小于ΘJA。ΘJC表示是特定的、通过传导方式进行热传递的散热通路的热阻,而ΘJA则表示的是通过传导、对流、辐射等方式进行热传递的散热通路的热阻。
热阻与导热系数关系式:热阻R,导热系数K,材料厚度d,截面面积A,则:R=d/KA,在材料厚度和横截面积不变的情况下,热阻越大,导热性能越差。
热流:又称为热通量,指单位时间通过某一面积的热能。是具有方向性的矢量。其在国际单位制中的单位为焦耳/秒(J/s,即瓦特)。
热流密度:由热流进一步的定义,即通过单位面积的热流量。其在国际单位制的单位为瓦特/平方米(W/㎡)。
热耗:系统设备或器件所消耗的总功率中转化为热能的部分。
传热路径:元器件热量传递过程中经过的路径,也叫散热途径。
热平衡:设备或器件处于工作中稳定发热状态下,(一般每小时温升变化不少过1℃)即为热平衡。
壳温:元器件封装外壳平面几何中心点的温度(一般Tc表示)
结温:元器件封装内部发热结点的温度(一般Ti表示)
环境温度:环境空气温度(一般Ta表示)
由以上定义可知道传统的热电比拟原理:热流相当于电流,热阻相当于电阻,热容相当于电容,温压(温度差)相当于电压(电势差)。如下图所示,传统的电流通过电阻的能量转换过程和热流通过热阻的能量转换过程的异同。
热容:物体升高(或降低)单位温度时从外界吸收(或向外界放出)的热量。又称热容量。(物体在某一过程中,每升高(或降低)单位温度时从外界吸收(或放出)的热量。如传递的热量为 ΔQ温度改变ΔT时,物体在该过程中的热容C其单位为 J/K。)。单位质量物体的热容称为比热容。