芯片散热设计基本概念

一般用符号θ来表示热阻。热阻的单位为℃/W。除非另有说明，热阻指热量在从热IC结点传导至环境空气时遇到的阻力。也可更具体地表示为θJA，即结至环境热阻。θJC和θCA是θ的两种其他形式，详见下文。

一般地，热阻θ等于100℃/W的器件在1W功耗下将表现出100℃的温差，该值在两个参照点之间测得。请注意，这是一种线性关系，因此，在该器件中，1 W的功耗将产生100℃的温差。再者对于热阻θ=95℃/W，因此，1.3 W的功耗将产生大约124℃结至环境温差。当然，预测内部温度时使用的正是这种温度的上升，其目的是判断设计的热可靠性。当环境温度为25°C时，允许约150℃的内部结温。实际上，多数环境温度都在25℃以上，因此，可以处理的功耗会稍低。

对于任意功耗P(单位：W)，都可以用以下等式来计算有效温差(ΔT)(单位：℃)：ΔT = P ×θ

其中，θ为总适用热阻。下图总结了一些基本的热关系。

请注意，串行热阻(如右侧的两个热阻)模拟的是一个器件可能遇到的总热阻路径。因此，在计算时，总θ为两个热阻之和，即θJA = θJC + θCA。给定环境温度TA、P和θ，即可算出TJ。根据图中所示关系，要维持一个低的TJ，必须使θ或功耗(或者二者同时)较低。低ΔT是延长半导体寿命的关键，因为，低ΔT可以降低最大结温。

在IC中，一个温度参照点始终是器件的一个节点，即工作于给定封装中的芯片内部最热的点。其他相关参照点为TC(器件)或TA(周围空气)。结果又引出了前面提到的各个热阻，即θJC和θJA。

先来看看最简单的情况，θJA为在给定器件的结与环境空气之间测得的热阻。该热阻通常适用于小型、功耗相对较低的IC(如运算放大器)，其功耗往往为1W或以下。一般而言，对于8引脚DIP塑封或者更优秀的SOIC封装，运算放大器以及其他小型器件的典型θJA值处于90-100°C/W水平。

需要明确的是，这些热阻在很大程度上取决于封装，因为不同的材料拥有不同水平的导热性。一般而言，导体的热阻类似于电阻，铜最好，其次是铝、钢等。因此，铜引脚架构封装具有最高的性能，即最低的θ。