热阻 — CAE用语解说
热阻
半导体的数据表中写着$\theta_{jc}$=0.5K/W,这是什么值?
这正是热阻。$\theta_{jc}$是结点(芯片内部)到外壳表面的热阻,对于1W的发热,温度上升0.5℃。类似于电学中的欧姆定律$V = IR$,可以写成$\Delta T = Q \cdot R_{th}$。
定义
那热传导率与之有什么区别呢?
热传导率$k$是材料固有的物性值[W/(m·K)],但热阻$R_{th}$是包含部件形状和尺寸的"该部件隔热程度"的指标[K/W]。板状情况下$R_{th} = L/(kA)$,板厚$L$越大或面积$A$越小,热阻就越大。
在热解析中的作用
热阻可以像电阻一样串联或并联组合吗?
正是这样。和电路一样,串联时相加$R_{total} = R_1 + R_2 + ...$,并联时$1/R_{total} = 1/R_1 + 1/R_2 + ...$。
例如IC的散热路径,$\theta_{jc}$(芯片→外壳) + $R_{TIM}$(TIM) + $R_{hs}$(散热器→空气)可以串联组合,看整体温度上升。一眼就能看出哪里是瓶颈。
对流部分也可以用热阻表示吗?
可以。对流热阻是$R_{conv} = 1/(hA)$,其中$h$是热传递系数,$A$是表面积。自然对流时$h$≈5〜25W/(m²·K),阻值较大;强制空冷时$h$≈25〜250,阻值下降;液冷时$h$≈1000〜10000,改善效果显著。
相关术语
请告诉我与热阻相关的概念。
用热路网络的串联和并联可以全面掌握整体情况。我理解了首先要确定哪里是瓶颈很重要。
对,热设计的铁则就是"改善阻值最大的地方"。即使做再大的散热器,如果TIM的阻值占主导,效果也有限。掌握数值、确定优先顺序很关键。
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