本帖最后由 xyz549040622 于 2020-11-29 09:34 编辑
热回路集成电路 (IC) 中的功率会从有源晶体管结以热的形式进行耗散，结的温度与耗散的功率成正比。厂家规定了最高结温，不过一般在 150℃ 左右。超过这个结温一般会导致器件损坏，所以设计者必须想方设法将尽可能多的热量从 IC 上传走。要做到这一点，他们可以依靠一个相当简单的模型来衡量热量的流动，这个模型类似于欧姆定律的电学计算，基于热阻概念，符号为 θ（图 1）。
图 1：基于热阻（以 θ 符号表示）概念的带散热器 IC 的热回路模型。（图片来源：Digi-Key Electronics） 热阻是指热量从一种介质流向另一种介质时遇到的阻力。其单位是摄氏度/瓦特（℃/W），定义如下：
公式 1 其中： θ 是跨越热障的热阻，单位是 ℃/W。 ∆T 为跨越热障的温差，单位为 ℃。 P 为结点耗散的功率，单位为瓦特。 从 IC 和散热器的物理布局来看，有很多热界面。第一个在 IC 的结与壳之间，以热阻 θjc 来表示。 散热器使用导热膏或导热胶带等热界面材料 (TIM) 粘接到 IC 上，以增强两个器件之间的导热率。这个导热层一般热阻很低，属外壳到散热器热阻的一部分，以 θcs 表示。最后一级是散热器与周围环境的界面，以 θsa 表示。 热阻就像电子电路中的电阻一样，是串联在一起的。所有热阻的总和即为从结点到环境空气的总热阻。 一般 IC 供应商会以隐含或明示方式指定结点到外壳的热阻。这种规格可能采用最大外壳温度形式提供，消除了其中一个热阻要素。应用 IC 的设计者无法控制结到外壳的热阻特征。但设计者却可以选择 TIM 和散热器特征，以充分冷却 IC，使结温保持在指定的最高温度以下。一般来说，TIM 和散热器的热阻越小，所冷却 IC 的外壳温度就越低。 散热器选择实例Ohmite 提供的 BG 系列散热器旨在用于球栅阵列 (BGA) 或塑料球栅阵列 (PGBA) 中央处理单元 (CPU)、图形处理单元 (GPU) 或具有方形封装基底的类似处理器（图 2）。
图 2：BG 系列散热器适合采用 BGA 封装的 IC，包括 CPU、GPU 和其他采用类似方形基底的 IC。（图片来源：Ohmite） 该系列共有 10 种散热器设计，其基底匹配常见 IC 配置，尺寸从 15× 15 毫米 (mm) 到 45×45 mm，鳍片面积从 2,060 到 10,893 mm2 不等（表 1）。这些符合 RoHS 规范的散热器采用黑色阳极氧化 6063-T5 铝合金制造。
表 1：鳍片面积范围从 2,060 到 20,893 mm2 的 BG 系列。（表格来源：Digi-Key Electronics） 表中的热阻值是针对自然对流冷却情形的。使用风扇强制对流时，热阻会与冷却空气的速度成比例地降低。强制风冷可以将热阻降低二到三倍（图 3）。
图 3：Ohmite BG 系列散热器的强制风冷热性能。（图片来源：Ohmite）
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