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熱阻對電子封裝中的傳熱和熱管理的影響
為了提高電子設(shè)備的性能，可靠性和成本，建議將大量組件或電路合并到單個外殼或封裝中。由于電路被限制在具有較高功率密度的較小空間中，因此產(chǎn)生熱量和散熱是設(shè)計(jì)人員的主要問題。將多個電路集成到單個封裝（例如PCB）中，對電子設(shè)備中的熱管理技術(shù)和傳熱提出了挑戰(zhàn)。
在本文中，我們分析了熱阻對熱傳遞和熱管理的影響，以更好地保護(hù)電子設(shè)備。
在傳熱中定義熱阻
對于集成電子封裝的熱分析或熱傳遞分析，熱阻是重要的參數(shù)，因?yàn)樗趯?shí)施冷卻機(jī)制中起著重要作用。電子設(shè)備冷卻期間必須滿足的一個關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)是，在最壞情況下的運(yùn)行條件（例如熱阻，冷卻液流速和模塊功率）下，溫度必須保持在最大允許極限以下。
所有電子電路封裝都可以通過熱阻來表征。因?yàn)槲覀兛梢詫崃鞯臄U(kuò)散與電荷的運(yùn)動聯(lián)系起來，所以熱阻類似于電阻。熱阻方程如下所示，其中T是以℃為單位的溫度差，q是以瓦特為單位的傳熱速率，R是以℃/ W為單位的熱阻：
傳熱中的熱阻值在設(shè)備的范圍和應(yīng)用方面有所不同。用于電話，個人計(jì)算機(jī)和消費(fèi)電子產(chǎn)品的低功耗封裝的特征在于非常高的熱阻。計(jì)算機(jī)大型機(jī)和超級計(jì)算機(jī)具有較高的組件功耗和功率密度，并且具有較低的熱阻值。
不同級別的熱阻
在電子封裝中，熱量從元件結(jié)傳遞到最終的散熱器。總熱阻決定了傳熱路徑中的結(jié)溫。
電子封裝的總熱阻可根據(jù)傳熱路徑分為三級。分類級別為：
組件級別-在組件級別上，有一個內(nèi)部熱阻，用Rint表示。它是從結(jié)點(diǎn)或任何其他電路元件到組件外殼外表面的熱流阻力。
封裝級-由Rext表示的外部熱阻處于封裝級，可抵抗從外殼表面到某個參考點(diǎn)的熱傳遞。該參考點(diǎn)可以是環(huán)境溫度，PCB的邊緣或液體冷卻的冷板。
系統(tǒng)級-系統(tǒng)級熱阻是熱阻的最后階段。該階段著重于從冷卻劑到散熱器的熱傳遞。
內(nèi)部和外部熱阻在傳熱中的作用
內(nèi)部和外部熱阻控制電子封裝中的器件結(jié)溫。總熱阻由Rint和Rext之和給出，其值隨封裝功率密度而減小。
為了進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒峁芾砗蜔醾鬟f，應(yīng)選擇內(nèi)部和外部熱阻的組合，以允許指定的功率和結(jié)溫值。內(nèi)部和外部的熱阻受冷卻機(jī)制和封裝設(shè)計(jì)的影響。這表明在控制電子封裝的溫度時熱管理和冷卻系統(tǒng)選擇的重要性。
為了改善電子包裝中的冷卻效果，建議降低內(nèi)部熱阻，以增強(qiáng)包裝內(nèi)的熱流。減小外部熱阻可以改善從封裝的外表面到冷卻介質(zhì)的熱流。
熱阻對電子封裝中的熱傳遞的影響很大。冷卻方法，封裝設(shè)計(jì)和所選材料都是建立內(nèi)部和外部熱阻的關(guān)鍵。如果熱管理選擇不正確，則內(nèi)部和外部熱阻的組合將無法滿足電子封裝的溫度限制。設(shè)計(jì)具有高功率密度的電子封裝時，請仔細(xì)選擇熱管理和冷卻機(jī)制，以確保可靠和有效的性能。