半导体元器件的热设计：传热和散热路径

热量通过物体和空间传递。传递是指热量从热源转移到他处。

三种热传递形式

热传递主要有三种形式：传导、对流和辐射。
・传导：由热能引起的分子运动被传播到相邻分子。
・对流：通过空气和水等流体进行的热转移
・辐射：通过电磁波释放热能

散热路径

产生的热量通过传导、对流和辐射的方式经由各种路径逸出到大气中。由于我们的主题是“半导体元器件的热设计”，因此在这里将以安装在印刷电路板上的IC为例进行说明。

热源是IC芯片。该热量会传导至封装、引线框架、焊盘和印刷电路板。热量通过对流和辐射从印刷电路板和IC封装表面传递到大气中。可以使用热阻表示如下：

上图右上方的IC截面图中，每个部分的颜色与电路网圆圈的颜色相匹配（例如芯片为红色）。芯片温度TJ通过电路网中所示的热阻达到环境温度TA。
 
采用表面安装的方式安装在印刷电路板（PCB）上时，红色虚线包围的路径是主要的散热路径。具体而言，热量从芯片经由键合材料（芯片与背面露出框架之间的粘接剂）传导至背面框架（焊盘），然后通过印刷电路板上的焊料传导至印刷电路板。然后，该热量通过来自印刷基板的对流和辐射传递到大气中（TA）。
 
其他途径还包括从芯片通过键合线传递到引线框架、再传递到印刷基板来实现对流和辐射的路径，以及从芯片通过封装来实现对流和辐射的路径。
 
如果知道该路径的热阻和IC的功率损耗，则可以通过上一篇文章给出的热欧姆定律来计算温度差（在这里为TA和TJ之间的差）。
 
就如本文所讲的，所谓的“热设计”，就是努力减少各处的热阻，即减少从芯片到大气的散热路径的热阻，最终TJ降低并且可靠性提高。
 
关键要点:

・热阻是表示热量传递难易程度的数值。
・热阻的符号为Rth和θ，单位为℃/W（K/W）。
・可以用与电阻大致相同的思路来考虑热阻。