芯片散热的热传导计算(图)

征热传导过程的物理量在图3的导热模型中,达到热平衡后,热传导遵循傅立叶传热定律:Q=K·A·(T1-T2)/L (1)式中:Q为传导热量(W);K为导热系数(W/m℃);A 为传热面积(m2);L为导热长度(m).(T1-T2)为温度差.热阻R表示单位面积、单位厚度的材料阻止热量流动的能力,表示为:R＝(T1-T2)/Q＝L/K·A(2)对于单一均质材料,材料的热阻与材料的厚度成正比;对于非单一材料,总的趋势是材料的热阻随材料的厚度增加而增大,但不是纯粹的线形关系.对于界面材料,用特定装配条件下的热阻抗来表征界面材料导热性能的好坏更合适,热阻抗定义为其导热面积与接触表面间的接触热阻的乘积,表示如下:Z＝(T1-T2)/(Q/A)＝R·A (3)表面平整度、紧固压力、材料厚度和压缩模量将对接触热阻产生影响,而这些因素又与实际应用条件有关,所以界面材料的热阻抗也将取决于实际装配条件.导热系数指物体在单位长度上产生1℃的温度差时所需要的热功率,是衡量固体热传导效率的固有参数,与材料的外在形态和热传导过程无关,而热阻和热阻抗是衡量过程传热能力的物理量.芯片工作温度的计算如图4的热传导过程中,总热阻R为:R=R1+R2+R3 (4)式中:R1为芯片的热阻;R2为导热材料的热阻;R3为散热器的热阻.导热材料的热阻R2为:R2＝Z/A (5)式中:Z为导热材料的热阻抗,A为传热面积.芯片的工作温度T2为:T2＝T1+P×R (6)式中:T1为空气温度;P为芯片的发热功率;R为热传导过程的总热阻.芯片的热阻和功率可以从芯片和散热器的技术规格中获得,散热器的热阻可以从散热器的技术规格中得到,从而可以计算出芯片的工作温度T2.实例下面通过一个实例来计算芯片的工作温度.芯片的热阻为1.75℃/W,功率为5W,最高工作温度为90℃,散热器热阻为1.5℃/W,导热材料的热阻抗Z为5.8℃cm2/W,导热材料的传热面积为5cm2,周围环境温度为50℃.导热材料理论热阻R4为:R4＝Z/A＝5.8 (℃·cm2/W)/ 5(cm2)=1.16℃/W(7)由于导热材料同芯片和散热器之间不可能达到100%的结合,会存在一些空气间隙,因此导热材料的实际热阻要大于理论热阻.假定导热材料同芯片和散热器之间的结合面积为总面积的60%,则实际热阻R3为:R3＝R4/60%＝1.93℃/W(8)总热阻R为:R=R1+R2+R3=5.18℃/W (9)芯片的工作温度T2为:T2＝T1+P×R＝50℃+(5W× 5.18℃/W)＝75.9℃ (10)可见,芯片的实际工作温度75.9℃小于芯片的最高工作温度90℃,处于安全工作状态.如果芯片的实际工作温度大于最高工作温度,那就需要重新选择散热性能更好的散热器,增加散热面积,或者选择导热效果更优异的导热材料,提高整体散热效果,从而保持芯片的实际工作温度在允许范围以内(作者:方科 )转载欢迎您的下载，资料仅供参考！致力为企业和个人提供合同协议，策划案计划书，学习课件等等打造全网一站式需求。

芯片散热解决方案篇一：利用PCB散热的要领与IC封装策略利用PCB散热的要领与IC封装策略引言半导体制造公司很难控制使用其器件的系统。

但是，安装IC的系统对于整体器件性能而言至关重要。

对于定制IC 器件来说，系统设计人员通常会与制造厂商一起密切合作，以确保系统满足高功耗器件的众多散热要求。

这种早期的相互协作可以保证 IC 达到电气标准和性能标准，同时保证在客户的散热系统内正常运行。

许多大型半导体公司以标准件来出售器件，制造厂商与终端应用之间并没有接触。

这种情况下，我们只能使用一些通用指导原则，来帮助实现一款较好的 IC 和系统无源散热解决方案。

普通半导体封装类型为裸焊盘或者 PowerPADTM 式封装。

在这些封装中，芯片被贴装在一个被称作芯片焊盘的金属片上。

这种芯片焊盘在芯片加工过程中对芯片起支撑作用，同时也是器件散热的良好热通路。

当封装的裸焊盘被焊接到PCB 后，热量能够迅速地从封装中散发出来，然后进入到PCB 中。

之后，通过各 PCB 层将热散发出去，进入到周围的空气中。

裸焊盘式封装一般可以传导约 80% 的热量，这些热通过封装底部进入到 PCB。

剩余 20% 的热通过器件导线和封装各个面散发出去。

只有不到 1% 的热量通过封装顶部散发。

就这些裸焊盘式封装而言，良好的 PCB 散热设计对于确保一定的器件性能至关重要。

Fig. 1： PowerPAD design showing thermal path 可以提高热性能的 PCB 设计第一个方面便是 PCB 器件布局。

只要是有可能，PCB 上的高功耗组件都应彼此隔开。

这种高功耗组件之间的物理间隔，可让每个高功耗组件周围的 PCB 面积最大化，从而有助于实现更好的热传导。

应注意将 PCB 上的温度敏感型组件与高功耗组件隔离开。

在任何可能的情况下，高功耗组件的安装位置都应远离 PCB 拐角。

更为中间的 PCB 位置，可以最大化高功耗组件周围的板面积，从而帮助散热。

征热传导过程的物理量在图3的导热模型中,达到热平衡后,热传导遵循傅立叶传热定律:Q=K·A·(T1-T2)/L (1)式中:Q为传导热量(W);K为导热系数(W/m℃);A 为传热面积(m2);L为导热长度(m).(T1-T2)为温度差.热阻R表示单位面积、单位厚度的材料阻止热量流动的能力,表示为:R＝(T1-T2)/Q＝L/K·A (2)对于单一均质材料,材料的热阻与材料的厚度成正比;对于非单一材料,总的趋势是材料的热阻随材料的厚度增加而增大,但不是纯粹的线形关系.对于界面材料,用特定装配条件下的热阻抗来表征界面材料导热性能的好坏更合适,热阻抗定义为其导热面积与接触表面间的接触热阻的乘积,表示如下:Z＝(T1-T2)/(Q/A)＝R·A (3)表面平整度、紧固压力、材料厚度和压缩模量将对接触热阻产生影响,而这些因素又与实际应用条件有关,所以界面材料的热阻抗也将取决于实际装配条件.导热系数指物体在单位长度上产生1℃的温度差时所需要的热功率,是衡量固体热传导效率的固有参数,与材料的外在形态和热传导过程无关,而热阻和热阻抗是衡量过程传热能力的物理量.芯片工作温度的计算如图4的热传导过程中,总热阻R为:R=R1+R2+R3 (4)式中:R1为芯片的热阻;R2为导热材料的热阻;R3为散热器的热阻.导热材料的热阻R2为:R2＝Z/A (5)式中:Z为导热材料的热阻抗,A为传热面积.芯片的工作温度T2为:T2＝T1+P×R (6)式中:T1为空气温度;P为芯片的发热功率;R为热传导过程的总热阻.芯片的热阻和功率可以从芯片和散热器的技术规格中获得,散热器的热阻可以从散热器的技术规格中得到,从而可以计算出芯片的工作温度T2.实例下面通过一个实例来计算芯片的工作温度.芯片的热阻为1.75℃/W,功率为5W,最高工作温度为90℃,散热器热阻为1.5℃/W,导热材料的热阻抗Z为5.8℃cm2/W,导热材料的传热面积为5cm2,周围环境温度为50℃.导热材料理论热阻R4为:R4＝Z/A＝5.8 (℃·cm2/W)/ 5(cm2)=1.16℃/W (7)由于导热材料同芯片和散热器之间不可能达到100%的结合,会存在一些空气间隙,因此导热材料的实际热阻要大于理论热阻.假定导热材料同芯片和散热器之间的结合面积为总面积的60%,则实际热阻R3为:R3＝R4/60%＝1.93℃/W (8)总热阻R为:R=R1+R2+R3=5.18℃/W (9)芯片的工作温度T2为:T2＝T1+P×R＝50℃+(5W× 5.18℃/W)＝75.9℃(10)可见,芯片的实际工作温度75.9℃小于芯片的最高工作温度90℃,处于安全工作状态.如果芯片的实际工作温度大于最高工作温度,那就需要重新选择散热性能更好的散热器,增加散热面积,或者选择导热效果更优异的导热材料,提高整体散热效果,从而保持芯片的实际工作温度在允许范围以内(作者:方科)转载。

芯片热阻公式(一)芯片热阻公式1. 什么是芯片热阻？芯片热阻（Thermal Resistance）是指芯片导热效果的一个物理量。

它表示通过芯片的单位面积上的热量与单位温度差之间的比值。

2. 芯片热阻公式芯片热阻公式如下所示：Rθ = (Tj - Ta) / P其中，•Rθ: 芯片热阻（单位为°C/W）•Tj: 芯片温度（单位为°C）•Ta: 环境温度（单位为°C）•P: 芯片功率（单位为W）3. 举例说明电子设备热管理在电子设备中，芯片热阻是非常重要的一个参数，它决定了芯片在工作过程中的温度变化。

若芯片热阻过高，会导致芯片温度过高，降低电子器件的性能以及寿命。

例如，假设一个芯片的环境温度为35°C，功率为2W，而芯片热阻为2°C/W。

根据芯片热阻公式计算，我们可以得到：Rθ = (Tj - Ta) / PRθ = (Tj - 35°C) / 2W2°C/W = (Tj - 35°C) / 2WTj - 35°C = 4°CTj = 39°C因此，该芯片的温度为39°C。

优化芯片散热设计芯片热阻公式可以帮助工程师优化芯片的散热设计。

通过在设计阶段考虑芯片热阻，可以选择合适的散热材料以及散热方式，来降低芯片的温度。

合理的散热设计可以提高芯片的性能以及可靠性。

例如，假设一个芯片的环境温度为30°C，功率为5W，而芯片热阻为°C/W。

我们希望降低芯片的温度至30°C以下。

Rθ = (Tj - Ta) / P°C/W = (Tj - 30°C) / 5WTj - 30°C = °CTj = °C根据计算结果，芯片温度为°C。

如果我们希望芯片温度降低至30°C以下，可以尝试使用更好的散热材料或者改变散热方式，以降低芯片热阻。

芯片的导热计算公式在现代电子设备中，芯片是一个非常重要的组成部分。

它负责处理和存储数据，因此需要保持良好的工作状态。

然而，随着芯片的运行速度和功耗的增加，其产生的热量也在不断增加，这就需要对芯片的导热性能进行有效的计算和优化。

导热是指热量在物质中传递的过程，而芯片的导热性能则是指芯片在工作时将产生的热量传递到外部环境的能力。

为了更好地了解芯片的导热性能，我们可以通过计算公式来进行分析和评估。

芯片的导热计算公式可以用来计算芯片的热阻和热传导率，从而评估其导热性能。

其中，热阻是指芯片在传递热量时所产生的阻力，而热传导率则是指芯片材料传递热量的能力。

通过计算这两个参数，我们可以更好地了解芯片的导热性能，并采取相应的措施来进行优化。

芯片的热阻可以通过以下公式来计算：R = (T1 T2) / P。

其中，R表示热阻，T1表示芯片的工作温度，T2表示外部环境的温度，P表示芯片产生的热功率。

通过这个公式，我们可以计算出芯片在不同工作条件下的热阻，从而评估其导热性能。

另外，芯片的热传导率可以通过以下公式来计算：k = Q / (A ΔT)。

其中，k表示热传导率，Q表示芯片通过导热材料传递的热量，A表示芯片的表面积，ΔT表示芯片表面温度的变化。

通过这个公式，我们可以计算出芯片的热传导率，从而评估其导热性能。

通过以上两个公式的计算，我们可以更好地了解芯片的导热性能，并采取相应的措施来进行优化。

例如，我们可以通过优化芯片的散热结构和材料，来降低其热阻；或者通过选择合适的导热材料，来提高其热传导率。

这些措施可以帮助我们更好地提高芯片的导热性能，从而保证其良好的工作状态。

总之，芯片的导热计算公式可以帮助我们更好地了解芯片的导热性能，并采取相应的措施来进行优化。

通过计算芯片的热阻和热传导率，我们可以评估其导热性能，并采取相应的措施来提高其导热性能。

这对于保证芯片的良好工作状态具有非常重要的意义。

芯片电路热设计指南半导体器件产生的热量来源于芯片的功耗，热量的累积必定导致半导体结点温度的升高，随着结点温度的提高，半导体器件性能将会下降，因此芯片厂家都有规定半导体器件的结点温度。

在普通数字电路中，由于低速电路的功耗较小，在正常的散热条件下，芯片的温升不会太大，所以不用考虑芯片的散热问题。

而在高速电路中，芯片的功耗较大，在正常条件下的散热不能保证芯片的结点温度不超过允许工作温度，因此需要考虑芯片的散热问题。

1、热量传递在通常条件下，热量的传递通过传导、对流、辐射3种方式进行。

传导是通过物体的接触，将热流从高温向低温传递，导热率越好的物体则导热性能越好，一般来说金属导热性能最好；对流是通过物体的流动将热流带走，液体和气体的流速越快，则带走的热量越多；辐射不需要具体的中间媒介，直接将热量发送出去，真空中效果更好。

散热时需要考虑3种传热方式。

例如使用导热率好的材料，如铜、铝及其合金做导热材料，通过增加风扇来加强对流，通过材料处理来增强辐射能力等。

2、简单热量传递模型热量分析中引入一个热阻参数，类似于电路中的电阻。

如果电路中的电阻计算公式为R=ΔE/I，则对应的热阻对应公式为R=ΔT/P（P表示功耗，单位W, ΔT表示温差，单位℃）。

热阻的单位为℃/W，表示功率增加1W时所引起的温升。

考虑集成芯片的热量传递，可以使用如下图形描述高速电路设计中的散热考虑在普通的数字电路设计中，我们很少考虑到集成电路的散热，因为低速芯片的功耗一般很小，在正常的自然散热条件下，芯片的温升不会太大。

随着芯片速率的不断提高，单个芯片的功耗也逐渐变大，例如：Ｉｎｔｅｌ的奔腾ＣＰＵ的功耗可达到25W。

当自然条件的散热已经不能使芯片的温升控制在要求的指标之下时，就需要使用适当的散热措施来加快芯片表面热的释放，使芯片工作在正常温度范围之内。

通常条件下，热量的传递包括三种方式：传导、对流和辐射。

传导是指直接接触的物体之间热量由温度高的一方向温度较低的一方的传递，对流是借助流体的流动传递热量，而辐射无需借助任何媒介，是发热体直接向周围空间释放热量。

芯片散热的热传导计算(图)讨论了表征热传导过程的各个物理量，并且通过实例，介绍了通过散热过程的热传导计算来求得芯片实际工作温度的方法随着微电子技术的飞速发展，芯片的尺寸越来越小，同时运算速度越来越快，发热量也就越来越大，如英特尔处理器3.6G奔腾4终极版运行时产生的热量最大可达115W，这就对芯片的散热提出更高的要求。

设计人员就必须采用先进的散热工艺和性能优异的散热材料来有效的带走热量，保证芯片在所能承受的最高温度以内正常工作。

如图1所示，目前比较常用的一种散热方式是使用散热器，用导热材料和工具将散热器安装于芯片上面，从而将芯片产生的热量迅速排除。

本文介绍了根据散热器规格、芯片功率、环境温度等数据，通过热传导计算来求得芯片工作温度的方法。

图1散热器在芯片散热中的应用芯片的散热过程由于散热器底面与芯片表面之间会存在很多沟壑或空隙，其中都是空气。

由于空气是热的不良导体，所以空气间隙会严重影响散热效率，使散热器的性能大打折扣，甚至无法发挥作用。

为了减小芯片和散热器之间的空隙，增大接触面积，必须使用导热性能好的导热材料来填充，如导热胶带、导热垫片、导热硅酯、导热黏合剂、相转变材料等。

如图2所示，芯片发出的热量通过导热材料传递给散热器，再通过风扇的高速转动将绝大部分热量通过对流（强制对流和自然对流）的方式带走到周围的空气中，强制将热量排除，这样就形成了从芯片，然后通过散热器和导热材料，到周围空气的散热通路。

图2芯片的散热表征热传导过程的物理量图3一维热传导模型在图3的导热模型中，达到热平衡后，热传导遵循傅立叶传热定律：Q=K·A·(T1-T2)/L (1)式中：Q为传导热量（W）；K为导热系数（W/m℃）；A 为传热面积（m2）；L为导热长度（m）。

(T1-T2)为温度差。

热阻R表示单位面积、单位厚度的材料阻止热量流动的能力，表示为：R＝(T1-T2)/Q＝L/K·A (2)对于单一均质材料，材料的热阻与材料的厚度成正比；对于非单一材料，总的趋势是材料的热阻随材料的厚度增加而增大，但不是纯粹的线形关系。

IC热传导简介●Junction Temperature (T J)结温（junction temperature）是芯片的中PN结的工作温度。

它通常高于外壳温度和器件表面温度。

一般标-40℃～125℃●maximum operating junction temperature (T J-MAX)最大结温，是指IC内部PN结最大可以承受的温度，超过可能造成损坏，即上限125℃●Ambient Temperature(T A)环境温度（junction temperature）是IC的环境使用温度。

即正常可以使用的环境温度范围。

一般标-40℃～85℃●Maximum ambient temperature (T A-MAX)最大环境温，是指IC最大可以正常工作的温度，超过可能造成过热损坏，即上限85℃。

●Maximum power dissipation (P D-MAX)耗散功率，指的是IC正常工作下，通过封装体和PCB板的散热性能，在不超过热关断温度下最大可以消耗的功率为封装体的最大耗散功率，主要与封装及结构有关，说明书标称的最大耗散功率通常有一个标准焊接及PCB模型，DFN1*1如下图所示：●junction-to-ambient thermal resistance of the part/package (RθJA),封装结到环境热阻RθJC、RθJA等是热阻（Therrnal resistance)参数，单位是℃/W。

就像电流在导体中流动会受阻力一样，热量在介质中传输时也会受到阻力，这就是热阻。

即耗散1W功率时，从芯片内部到环境产生的温差。

热阻一般写作Rth或者Rθ；JC即Junction to case（芯片至框架表面），JA即Junction to ambient（芯片到环境）；芯片要将自身功耗产生的热量发散出去，需要经过芯片、引线、框架和焊盘（散热器）进行热传导，总的RθJA＝RθJC+RθJB+etc（所有各部分之和）。

芯片散热器原理芯片散热器是一种用于散热的设备，广泛应用于电子产品中，特别是计算机和手机等高性能设备中。

它的作用是通过合理的设计和材料选择，将芯片产生的热量迅速传导和散发，保持芯片的正常工作温度，避免过热对芯片性能和寿命的影响。

芯片散热器的基本原理是通过热传导将芯片产生的热量迅速传递到散热器上，并通过散热器的散热表面将热量释放到周围环境中。

散热器通常由导热材料制成，如铜、铝或铝合金等。

这些材料具有良好的导热性能，能够快速传导热量。

在芯片散热器中，热传导是实现散热的关键。

芯片和散热器之间通过导热接触剂建立良好的热接触，以保证热量能够有效传导。

导热接触剂通常由硅脂、硅胶或金属填充物等组成，具有较高的导热性能和良好的黏附性，能够填补芯片和散热器之间的微小间隙，提高热传导效率。

除了导热接触剂，芯片散热器还可以采用其他辅助散热技术，如散热风扇和散热管等。

散热风扇通过产生气流，加速散热器表面的热量传递，提高散热效率。

散热管则利用液体或气体的导热性能，将热量从散热器的一侧传输到另一侧，进一步增强散热效果。

在实际应用中，芯片散热器的设计需要考虑多种因素，如芯片的功率密度、散热器的尺寸和材料等。

功率密度是指芯片单位面积上产生的热量，通常以瓦特/平方厘米来表示。

高功率密度要求散热器具有更好的散热性能，以保证芯片的正常工作温度。

散热器的尺寸和材料也是影响散热性能的重要因素。

散热器的尺寸越大，表面积也就越大，能够散发更多的热量。

同时，散热器的材料也需要选择具有良好散热性能的材料，以提高散热效果。

铝是常用的散热器材料，具有良好的导热性能和轻质化特点，适合应用于散热器中。

芯片散热器的设计还需要考虑流体力学和热传导等相关原理。

通过合理设计散热器的内部结构，优化气流和热量传递的路径，提高散热效率。

同时，还可以通过表面处理等方式提高散热器的散热能力。

总的来说，芯片散热器是一种用于散热的设备，通过热传导和散热表面的散热释放，保持芯片的正常工作温度。

芯片散热器原理
芯片散热器是用于散热的设备，其原理是利用传导、对流、辐射等方式将芯片产生的热量传递到周围环境中，以维持芯片温度在安全范围内。

传导: 芯片散热器通过接触芯片表面，利用导热材料的热传导
性能，将热量从芯片表面传导到散热器材料的其他部分。

常用的导热材料包括铜，铝和高导热性的热胶等。

对流: 芯片散热器设计有多个散热片或散热鳍片，通过增加表
面积，提高空气与芯片散热器的接触面，以增加热量从芯片散热器表面向空气中传递的效率。

空气对流可以通过自然对流和强制对流两种方式实现。

辐射: 芯片散热器上的散热片表面通常会进行黑色处理，以增
加其辐射散热能力。

散热片表面的黑色涂层可以吸收芯片散热后的热辐射，并向周围空间辐射出去，实现热量的散失。

此外，芯片散热器还可以结合风扇进行散热。

风扇通过强制风流，加强了对流效果，并提供了更多的新鲜空气来冷却散热器。

芯片散热器的设计和材料选择对散热效果有重要影响。

合理的散热器布局和设计，可有效提高芯片的散热效率，并保证芯片在正常工作温度范围内运行。

实例下面通过一个实例来计算芯片的工作温度。

芯片的热阻为1.75℃/W ，功率为5W ，最高工作温度为90℃，散热器热阻为1.5℃/W ，导热材料的热阻抗Z 为5.8℃cm2/W ，导热材料的传热面积为5cm2，周围环境温度为50℃。

导热材料理论热阻R4为：R4＝Z/A ＝5.8 (℃·cm2/W)/ 5(cm2)=1.16℃/W (7)由于导热材料同芯片和散热器之间不可能达到100％的结合，会存在一些空气间隙，因此导热材料的实际热阻要大于理论热阻。

假定导热材料同芯片和散热器之间的结合面积为总面积的60％，则实际热阻R3为：R3＝R4/60%＝1.93℃/W (8)总热阻R为： R="R1"+R2+R3=5.18℃/W (9)芯片的工作温度T2为： T2＝T1+P×R＝50℃+(5W× 5.18℃/W)＝75.9℃ (10)可见，芯片的实际工作温度75.9℃小于芯片的最高工作温度90℃，处于安全工作状态。

如果芯片的实际工作温度大于最高工作温度，那就需要重新选择散热性能更好的散热器，增加散热面积，或者选择导热效果更优异的导热材料，提高整体散热效果，从而保持芯片的实际工作温度在允许范围以内。

多数电子工程师都很熟悉用热阻作为一种热分析技术。

热阻的表示单位是每瓦摄氏度。

只需简单地乘以第一步估计的瓦数，就可以获得部件将增加的温度（摄氏度）。

但这里需注意几个问题，要查看部件数据表上有关热阻规格的隐藏信息。

从内核到外壳的热阻ΦJC 不是一个有用的测量值。

半导体制造商的IC 或封装设计者可能关心的是当热量从内核流至外壳时IC 的温升，但你需要更多的信息。

你在数据表上经常看到的下一个规格是从节点到外界的热阻ΦJA。

该值表示的是当部件未连散热片或未焊到PCB（印制电路板）上时的温升。

德州仪器的Darvin Edwards 指出，ΦJA 对多数试图预测结温的工程师来说是没有用处的。

芯片导热系数导热系数是用来衡量材料传导热量的能力的量纲。

这个量纲表示的是单位时间内，单位面积的热流通过一个厚度为1单位的材料所需要的温度差。

在电子工业中，导热系数是一个比较重要的物理量，因为它影响着元器件的散热、寿命等参数。

本文将介绍芯片导热系数的相关知识。

1. 基本定义导热系数（thermal conductivity）是描述物质导热性能的物理量，通常用λ 表示。

导热系数的单位是瓦特/(米·开尔文)，或J/(s·m·K)。

导热系数是一个物质性质的物理量，因此不随温度、压力等条件的改变而改变。

2. 芯片导热系数的相关知识芯片导热系数（Thermal conductivity of chip）是芯片材料表征其导热性能能力的物理量，是评价芯片热传导性能的一个关键指标。

芯片导热系数与芯片的材料成分、晶体结构、制备工艺、温度等因素有关。

芯片导热系数在芯片散热性能中起着很重要的作用。

现在的集成电路元件密度越来越高，激发了对于芯片热问题的关注和研究，因为芯片在高负载、长时间使用下会温度升高，随着芯片工作温度的增加，芯片的性能和寿命受到很大的影响，因此要求芯片具有良好的散热能力，这就要求芯片材料具有高导热系数。

目前，市面上主流的芯片材料有Si、Ge、GaAs、InP等材料。

其中，Si是最为广泛应用的材料之一，其导热系数可达到149 W/(m·K)，而Ge的导热系数是60 W/(m·K)，GaAs 的导热系数是46 W/(m·K)，InP的导热系数是80 W/(m·K)。

从以上数据可以看出，不同的材料导热系数有很大差异，对于要求高散热性能的芯片，应选择导热系数较高的材料。

3. 导热系数的测量目前，常用的测量导热系数的方法有：热线法、热板法、热容法、热电法、电阻率法等。

（1）热线法：热线法是一种直接测量导热系数的方法。

该方法通过测量由一根细丝传出的热量，来计算出材料的导热系数。

芯片散热的热传导计算随着微电子技术的飞速发展，芯片的尺寸越来越小，同时运算速度越来越快，发热量也就越来越大，如英特尔处理器3.6G奔腾4终极版运行时产生的热量最大可达115W，这就对芯片的散热提出更高的要求。

设计人员就必须采用先进的散热工艺和性能优异的散热材料来有效的带走热量，保证芯片在所能承受的最高温度以内正常工作。

如图1所示，目前比较常用的一种散热方式是使用散热器，用导热材料和工具将散热器安装于芯片上面，从而将芯片产生的热量迅速排除。

本文介绍了根据散热器规格、芯片功率、环境温度等数据，通过热传导计算来求得芯片工作温度的方法。

图1散热器在芯片散热中的应用芯片的散热过程由于散热器底面与芯片表面之间会存在很多沟壑或空隙，其中都是空气。

由于空气是热的不良导体，所以空气间隙会严重影响散热效率，使散热器的性能大打折扣，甚至无法发挥作用。

为了减小芯片和散热器之间的空隙，增大接触面积，必须使用导热性能好的导热材料来填充，如导热胶带、导热垫片、导热硅酯、导热黏合剂、相转变材料等。

如图2所示，芯片发出的热量通过导热材料传递给散热器，再通过风扇的高速转动将绝大部分热量通过对流（强制对流和自然对流）的方式带走到周围的空气中，强制将热量排除，这样就形成了从芯片，然后通过散热器和导热材料，到周围空气的散热通路。

图2芯片的散热表征热传导过程的物理量图3一维热传导模型在图3的导热模型中，达到热平衡后，热传导遵循傅立叶传热定律：Q=K·A·(T1-T2)/L (1)式中：Q为传导热量（W）；K为导热系数（W/m℃）；A 为传热面积（m2）；L为导热长度（m）。

(T1-T2)为温度差。

热阻R表示单位面积、单位厚度的材料阻止热量流动的能力，表示为：R＝(T1-T2)/Q＝L/K·A (2)对于单一均质材料，材料的热阻与材料的厚度成正比；对于非单一材料，总的趋势是材料的热阻随材料的厚度增加而增大，但不是纯粹的线形关系。

芯片散热计算：Tj:芯片结温。

热阻R ，同常℃/W:从芯片到散热器的热阻 R=(Rj+Rs+R1+Re) △℃:从芯片到散热器的温度差，△℃=Tj-Te.热耗Q ：也叫电功率,已知输入功率减输出功率-W 。

然后可通过热学公式：△℃/R=热耗Q.电子负荷特性曲线：负荷曲线：Pd功率与温度Tj关系，必须满足在曲线内.T0,应该是设计最佳点，1. 参数基本定义T J：芯片结温（Die junction temperature, °C）T C：芯片封装表面温度（Package case temperature, °C）T B：放置芯片的PCB板温度（Board temperature adjacent to package, °C）T T：芯片封装顶面中心温度（Top of package temperature at center, °C）T A：芯片周围空气温度（Ambient air temperature, °C）q JA：硅核到周围空气的热阻系数（Thermal resistance junction-to-ambient, °C/W）q JC：硅核到封装表面的热阻系数（Thermal resistance junction-to-case, °C/W）q JB：硅核到PCB板的热阻系数（Thermal resistance junction-to-board, °C/W）Y JB：硅核到PCB板的特征参数（Junction-to-board characterization parameter，°C/W）Y JT：硅核到封装顶部的特征参数（Junction-to-top (of package) characterization parameter, °C/W）P：设备功耗（Power dissipated by device, Watts）。

芯片mosfet温升计算
ΘJA是结到周围环境的热阻，单位是°C/W。

周围环境通常被看作热“地”点。

ΘJA取决于IC封装、电路板、空气流通、辐射和系统特性，通常辐射的影响可以忽略。

ΘJA专指自然条件下(没有加通风措施)的数值。

ΘJC是结到管壳的热阻，管壳可以看作是封装外表面的一个特定点。

ΘJC取决于封装材料(引线框架、模塑材料、管芯粘接材料)和特定的封装设计(管芯厚度、裸焊盘、内部散热过孔、所用金属材料的热传导率)。

结点温度指封装与散热外壳之间的温度。

一般mosfet的结构分为晶元+封装+散热外壳（自身非外置散热器）
由于结温不好测量，一般使用壳温，计算如下：
1.
TJ= TA + (ΘJA × P)
其中：
TJ = 壳温
TA = 周围环境温度
P = 功耗，单位为W，根据Rdson和电流计算
2.规格书里有最大功率P，不要超过。

芯片散热器原理在现代电子产品中，芯片是不可或缺的核心组件之一。

然而，芯片工作时会产生大量的热量，如果不能有效散热，将会导致芯片温度过高，进而影响芯片的性能和寿命。

为了解决这个问题，人们设计了各种散热器，用以帮助芯片散热。

本文将介绍芯片散热器的原理和工作方式。

一、散热原理芯片散热器的原理基于热传导和热对流。

当芯片工作时，会产生热量，这些热量会通过芯片表面传导到散热器上。

散热器具有较大的表面积，能够更好地散发热量。

此外，散热器还能利用空气对流来加速热量的散发。

二、散热器结构芯片散热器通常由散热片、散热管和风扇等组成。

散热片是散热器的主体部分，通常由铝制成，具有较大的表面积。

散热管是连接芯片和散热片的管道，可以将芯片上产生的热量传导到散热片上。

风扇则通过产生气流来加速散热器的散热效果。

三、散热器的工作方式当芯片工作时，散热器会将芯片上产生的热量传导到散热片上。

散热片的较大表面积可以更好地散发热量，使芯片的温度保持在安全范围内。

同时，散热管将散热片上的热量传导到散热器的其他部分，进一步加速散热效果。

风扇在散热中起到了至关重要的作用。

风扇通过产生气流，将周围的冷空气吹向散热器，加速热量的散发。

同时，风扇还可以将散热器上的热空气吹走，使芯片的温度保持在一个较低的水平。

因此，在设计散热器时，风扇的位置和风量都需要仔细考虑，以提供最佳的散热效果。

四、散热器的优化设计为了提高散热器的散热效果，人们进行了各种优化设计。

例如，增加散热片的数量和表面积，可以提高散热器的散热效率。

此外，优化散热管的材料和结构，可以提高传热效率。

还有一些先进的散热器采用了液体冷却技术，通过液体在散热器内循环，将热量带走，进一步提高散热效果。

五、散热器的应用领域芯片散热器广泛应用于各种电子产品中，如计算机、手机、平板电脑等。

这些设备在高负载运行时，芯片会产生大量热量，需要散热器来保持芯片的温度稳定。

此外，一些功耗较大的设备，如服务器和工控设备，也需要更强大的散热器来满足散热需求。

半导体功率器件的散热计算晨怡热管2006-12-31 0:58:06【摘要】本文通过对半导体功率器件发热及传热机理的讨论，导出了半导体功率器件的散热计算方法。

【关键词】半导体功率器件功耗发热热阻散热器强制冷却一、半导体功率器件的类型和功耗特点一般地说，半导体功率器件是指耗散功率在1瓦或以上的半导体器件。

按照半导体功率器件的运用方式，可分为半导体功率放大器件和半导体功率开关器件。

1、半导体功率放大器件半导体功率放大器又因其放大电路的类型分为甲类放大器、乙类推挽放大器、甲乙类推挽放大器和丙类放大器。

甲类放大器的理论效率只有50%，实际运用时则只有30%左右；乙类推挽放大器的理论效率也只有78.5%，实际运用时则只有60%左右；甲乙类推挽放大器和丙类放大器的效率介乎甲类放大器和乙类推挽放大器之间。

也就是说，半导体功率放大器件从电源中取用的功率只有一部分作为有用功率输送到负载上去，其余的功率则消耗在半导体功率放大器件上，半导体功率放大器在工作时消耗在半导体功率放大器件上的功率称为半导体功率放大器件的功耗。

半导体功率放大器件的功耗为其集电极—发射极之间的电压降乘以集电极电流：P D=U ce·I c（式1—1）式中P D为半导体功率放大器件的功耗（单位W）。

U ce为半导体功率放大器件集电极—发射极之间的电压降（单位V）。

I c为半导体功率放大器件的集电极电流（单位A）。

线性调整型直流稳压电源中的调整管是工作在放大状态的半导体功率放大器件，所以其功耗的计算和半导体功率放大器件的功耗计算是相似的。

例如一个集成三端稳压器，其功耗就是：输入端—输出端电压差乘以输出电流。

2、半导体功率开关器件半导体功率开关器件例如晶体闸流管、开关三极管等。

它们的工作状态只有两个：关断（截止）或导通（饱和）。

理想的开关器件在关断（截止）时，其两端的电压较高，但电流为零，所以功耗为零；导通（饱和）时流过它的电流较大，但其两端的电压降为零，所以功耗也为零。

芯片散热面积计算一，热阻硅材料：硅具有优良的半导体电学性质。

禁带宽度适中，为1.21电子伏。

载流子迁移率较高，电子迁移率为1350平方厘米/伏 .秒，空穴迁移率为480平方厘米/伏 .秒。

本征电阻率在室温(300K)下高达2.3×10的5次方欧 .厘米，掺杂後电阻率可控制在10的4次方～10的负4次方欧 .厘米的宽广范围内，能满足制造各种器件的需要。

硅单晶的非平衡少数载流子寿命较长，在几十微秒至1毫秒之间。

热导率较大，化学性质稳定，又易于形成稳定的热氧化膜。

在平面型硅器件制造中可以用氧化膜实现PN结表面钝化和保护，还可以形成金属氧化物半导体结构，制造MOS型场效应晶体管和集成电路。

上述性质使PN结具有良好特性，使硅器件具有耐高压，反向漏电流小，效率高，使用寿命长，可靠性好，热传导好等优点。

在电脑中我们经常看到MOS器件，那么什么是MOS器件呢？MOS的全文是：Metal Oxide Semiconductor 金属氧化物半导体。

用氧化膜硅材料制作的场效应晶体管，就叫做MOS型场效应晶体管，既：金属氧化物场效应晶体管。

在冬季，当我们把手放在一块木板和放在一块铁板上时，就会感觉到铁板比木板凉，铁板越大，接触的越紧，越感到凉。

这说明铁板比木板的散热能力好，而且散热能力与面积，体积，几何形状，以及接触面的紧密程度都有关系。

在电脑工作时，芯片晶体管PN结的损耗（任何集成电路芯片都是由N个晶体管组成）产生了温升Ti，它是通过管芯与外壳之间的热阻Rri，无散热片时元件外壳和周围环境之间的热阻Rrb，元件与散热片之间的热阻Rrc和散热片与周围环境之间的热阻Rrf这四种渠道将热量传走，使温差能够符合元件正常运行的要求。

由于热的传导以流过Rri，Rrc和Rrf三个热阻为主，因此总热阻Rrz可以用下式来表示：Rrz＝Rri+Rrc+Rrf于是当芯片的允许温升和功耗都已经确定了以后，即可定出需要的总热阻Rrz，再从下式中决定散热器的尺寸，这就是我要介绍热阻的目的和它的应用。

芯片向外散热的方法解析
 任何芯片要工作，必须满足一个温度范围，这个温度是指硅片上的温度，通常称之为结温(junction temperature)。

 ALTERA的FPGA分为商用级(commercial)和工业级(induatrial)两种，商用级的芯片可以正常工作的结温范围为0~85摄氏度，而工业级芯片的范围是-40~100摄氏度。

在实际电路中，我们必须保证芯片的结温在其可以承受的范围之内。

 随着芯片的功耗越来越大，在工作的时候就会产生越来越多的热量。

如果要维持芯片的结温在正常的范围以内，就需要采取一定的方法使得芯片产生的热量迅速发散到环境中去。

 学过中学物理的人都知道，热量传递主要采用三种方法，即传导、对流和辐射，芯片向外散热同样是采用这几种方式。

 下图所示为一个芯片散热的简化模型。

图中芯片产生的热量主要传给芯片外封装，如果没有贴散热片，就由芯片封装外壳直接散布到环境中去；如果。