热阻对電(diàn)子封装中的传热和热管理(lǐ)的影响

2021-02-27

為(wèi)了提高電(diàn)子设备的性能(néng)，可(kě)靠性和成本，建议将大量组件或電(diàn)路合并到单个外壳或封装中。由于電(diàn)路被限制在具有(yǒu)较高功率密度的较小(xiǎo)空间中，因此产生热量和散热是设计人员的主要问题。将多(duō)个電(diàn)路集成到单个封装（例如PCB）中，对電(diàn)子设备中的热管理(lǐ)技术和传热提出了挑战。 

在本文(wén)中，我们分(fēn)析了热阻对热传递和热管理(lǐ)的影响，以更好地保护電(diàn)子设备。 

在传热中定义热阻

对于集成電(diàn)子封装的热分(fēn)析或热传递分(fēn)析，热阻是重要的参数，因為(wèi)它在实施冷却机制中起着重要作用(yòng)。電(diàn)子设备冷却期间必须满足的一个关键标准是，在最坏情况下的运行条件（例如热阻，冷却液流速和模块功率）下，温度必须保持在最大允许极限以下。 

所有(yǒu)電(diàn)子電(diàn)路封装都可(kě)以通过热阻来表征。因為(wèi)我们可(kě)以将热流的扩散与電(diàn)荷的运动联系起来，所以热阻类似于電(diàn)阻。热阻方程如下所示，其中T是以℃為(wèi)单位的温度差，q是以瓦特為(wèi)单位的传热速率，R是以℃/ W為(wèi)单位的热阻： 

传热中的热阻值在设备的范围和应用(yòng)方面有(yǒu)所不同。用(yòng)于電(diàn)话，个人计算机和消费電(diàn)子产品的低功耗封装的特征在于非常高的热阻。计算机大型机和超级计算机具有(yǒu)较高的组件功耗和功率密度，并且具有(yǒu)较低的热阻值。 

不同级别的热阻

在電(diàn)子封装中，热量从元件结传递到最终的散热器。总热阻决定了传热路径中的结温。 

電(diàn)子封装的总热阻可(kě)根据传热路径分(fēn)為(wèi)三级。分(fēn)类级别為(wèi)：

组件级别-在组件级别上，有(yǒu)一个内部热阻，用(yòng)Rint表示。它是从结点或任何其他(tā)電(diàn)路元件到组件外壳外表面的热流阻力。 

封装级-由Rext表示的外部热阻处于封装级，可(kě)抵抗从外壳表面到某个参考点的热传递。该参考点可(kě)以是环境温度，PCB的边缘或液體(tǐ)冷却的冷板。 

系统级-系统级热阻是热阻的最后阶段。该阶段着重于从冷却剂到散热器的热传递。 

内部和外部热阻在传热中的作用(yòng)

内部和外部热阻控制電(diàn)子封装中的器件结温。总热阻由Rint和Rext之和给出，其值随封装功率密度而减小(xiǎo)。 

為(wèi)了进行适当的热管理(lǐ)和热传递，应选择内部和外部热阻的组合，以允许指定的功率和结温值。内部和外部的热阻受冷却机制和封装设计的影响。这表明在控制電(diàn)子封装的温度时热管理(lǐ)和冷却系统选择的重要性。 

為(wèi)了改善電(diàn)子包装中的冷却效果，建议降低内部热阻，以增强包装内的热流。减小(xiǎo)外部热阻可(kě)以改善从封装的外表面到冷却介质的热流。 

热阻对電(diàn)子封装中的热传递的影响很(hěn)大。冷却方法，封装设计和所选材料都是建立内部和外部热阻的关键。如果热管理(lǐ)选择不正确，则内部和外部热阻的组合将无法满足電(diàn)子封装的温度限制。设计具有(yǒu)高功率密度的電(diàn)子封装时，请仔细选择热管理(lǐ)和冷却机制，以确保可(kě)靠和有(yǒu)效的性能(néng)。