热分析探讨

热分析探讨

首先提一下热分析的概念哈，我们可以用各种手段完成，包括仿真软件，手算，实际测试等等，器件发热会导致很多问题：

1.半导体损耗 ： 通常，急剧上升的温度可能容易导致超过器件使用范围。

2.过大温差引起的机械应力：导致脆弱的结构部分受力过大（焊点），和早期失效。

3.寿命降低 ： 随着每10 °C温度的升高，机械失效的概率将成倍增加。

我们一定要把下面这个图搞搞清楚，我们一般可以很多器件都会标明junction温度，这个实际上是器件的极限温度，如果我们把器件设计在这个温度下长期工作，我想这样的设计会让人崩溃的。

呵呵，我们一般都会加一个余量，这个余量根据我们认知的不同可大可小，一般呢根据经验取20%～40%不等。

由于历史原因，对分立器件的“结温”实质上是PN交界处结温度（整流二极管，双极晶体管），普遍的来说，元器件的结温指的是在设备最热的地方（硅片）。

元器件本身的功耗，元器件所处的环境温度，元器件的“应用”环境，元器件的封装。

发生传热的途径一般通过三种途径：1.传导 2.辐射 3.对流

传导是通过材料的传热，从最热的地方传向最冷的地方。类似于电流传导，可以采用（热）欧姆定律来表述：

常用的传导材料的参数：

★在实践中，通过空气传导散热可以忽略不计（比较Rw数字远远大于其他材料）。

★元件的散热片上安装的'接触'电阻是非常重要的（特别当设备必须与散热片隔离的时候）。

辐射：辐射热是通过电磁波，取决于表面处理和表面的温度情况（辐射系数）。

表面辐射系数：

★辐射由于缺乏辐射系数的信息而显得计算复杂，一般系数介于0.03和1，实际需要通过测量才能确定确切的数字。

★在非常高的表面温度的辐射对于传热的贡献急剧增加，但在更多实际情况中，一般之只能处理5％（抛光面）到40％（黑面）的热量。

★如果辐射能量通过相邻的物体表面反射，辐射的效果将会减少，这所谓的'屏蔽效应'（弯曲的散热片的边缘）

热对流

热对流是通过沿散热片表面流动的空气中散发热量，不同的表面处理，实际中热对流散发60%至90%的热量。

实际计算过程中，热对流是相当麻烦的：

★温度依赖性

表面温度越高，对流会加大。（温度上身35℃，对流增加约5％）。

★表面'接触'的长度和方向。

上升的热空气造成的空气在垂直面上最动荡，正方形为最好方案。同样表面积的正方形散热片比矩形的2对流增加约15％）

★横向气流下沉

横向散热片沿顶部表面的气流并不是有限的，效果是与垂直的散热片相若。表面朝下气流'屏蔽'的散热片，从而降低了约50％的效果。水平散热片对流散热效果约为纵向散热片的75％。 ★'屏蔽效应'

如果热表面距离太近，空气流动的干扰（动荡），再次降低了冷却效果。如果表面间隔为10-15毫米外，其效果就影响不大了。

综合上述效应：

在良好的布局，热空气是远离热点，新鲜的空气通过印刷电路板降低散热。

印刷电路板板上为了提高气体流动所开的孔的效果，很大程度上取决于实际产品的气流状况。