器件的散熱設(shè)計(jì)

常問(wèn)設(shè)計(jì)師“設(shè)計(jì)的板子做熱測(cè)試了沒(méi)有”，答曰“不用測(cè)，我摸了一遍，這板子上沒(méi)有感覺(jué)燙的器件”。如此理解，大錯(cuò)矣。

　　舉例說(shuō)明：某兩款筆記本電腦，本人親自用過(guò)的（為避免惹麻煩，不公布其名字），某款I(lǐng)廠家的鍵盤，摸著溫溫的，不熱；另一款H廠家的，摸著鍵盤發(fā)燙。我暗忖之，到底這兩款哪家的散熱更好？

　　I家的殼體不熱，兩種可能，一種是人家低功耗做得好，結(jié)溫也不高；**種是散熱做得很差，結(jié)溫很高，但隔熱做得好，散不出來(lái)，有燒毀的巨大風(fēng)險(xiǎn)。

　　另一種H廠家的鍵盤發(fā)熱自然也是兩種可能，一是散熱做得好，結(jié)溫和殼溫差不很多，摸著外面很燙，但里面其實(shí)也就那樣了，問(wèn)題不大；**種是外面熱，里面更熱，那才叫個(gè)怕怕。

　　以上二均為一線***（具體是哪兩家，親們，你們懂的，I是老牌的牌子，現(xiàn)在換成了L，H還在），我相信，他們都是很好的筆記本電腦，于是由此推理也就得出一個(gè)結(jié)論：?jiǎn)螐钠骷砻娴臏囟仁遣荒芘袛喑鼋Y(jié)溫的，而使器件燒壞的是結(jié)溫；因此單靠摸的手感來(lái)判斷器件值得做熱測(cè)試是錯(cuò)誤的。那到底該如何做呢？

　　對(duì)MCU、驅(qū)動(dòng)器件、電源轉(zhuǎn)換器件、功率電阻、大功率的半導(dǎo)體分立元件、開(kāi)關(guān)器件類的能量消耗和轉(zhuǎn)換器件，熱測(cè)試都是必須的。不論外殼摸起來(lái)熱不熱。

　　熱測(cè)試分兩種方式，接觸式和非接觸式，接觸式的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量準(zhǔn)確，但測(cè)溫探頭會(huì)破壞一點(diǎn)器件的散熱性能，畢竟要緊貼器件表面影響散熱；非接觸式尤其是紅外測(cè)溫，誤差大，其測(cè)溫特點(diǎn)是只能測(cè)局部范圍內(nèi)的*高溫度點(diǎn)。

　　但這些測(cè)試測(cè)出的僅僅是殼體表面溫度，結(jié)溫是不能被直接測(cè)得的，只能再通過(guò)

　　△T = Rj * Q

　　計(jì)算得出。其中，

　　△T是硅片上的PN結(jié)到殼體表面的溫度差（Tj-Ts），Ts即是測(cè)得的殼體溫度，單位℃

　　Rj是從PN結(jié)到殼體表面的熱阻，從器件的dadasheet上可以查到，單位℃/W

　　Q是熱耗，單位W，對(duì)能量轉(zhuǎn)換類的器件，（1-轉(zhuǎn)換效率）*輸入功率就是熱耗，對(duì)非能量轉(zhuǎn)換器件，即一般功能性邏輯器件，輸入電功率約等于熱耗。

　　如此，結(jié)溫可以很容易的推算得出，如果（結(jié)溫，輸入電功率）的靜態(tài)工作點(diǎn)，超出了器件負(fù)荷特性曲線的要求（見(jiàn)本博客2010-08-30發(fā)表的《器件環(huán)境溫度與負(fù)荷特性曲線的常見(jiàn)錯(cuò)誤》），則該器件的熱設(shè)計(jì)必須重新來(lái)過(guò)。如此反復(fù)多次，直到器件的靜態(tài)工作點(diǎn)滿足負(fù)荷特性曲線的有效工作范圍，則熱設(shè)計(jì)和熱測(cè)試通過(guò)。

　　另外曾有人問(wèn)我，我們傳導(dǎo)散熱都是采取加散熱片的方式加速散熱，可殼體表面加了散熱片，散熱片又有熱阻，豈不是加大了對(duì)散熱的阻礙？初看此問(wèn)題，愣怔片刻，似乎極其有理，但深究下可發(fā)現(xiàn)其中的問(wèn)題，熱阻不是僅僅有形的物體才有，無(wú)形的物質(zhì)照樣有熱阻，比如空氣。器件散熱到空氣中，其熱阻鏈路包括：

　　PN結(jié)-殼表面的熱阻、

　　殼表面到散熱片的接觸熱阻、

　　散熱片本身的熱阻、

　　散熱片表面到空氣的基礎(chǔ)熱阻、

　　散熱片外的局部環(huán)境到遠(yuǎn)端機(jī)箱外的風(fēng)道的熱阻，

　　加裝了散熱片后，從表面來(lái)看，散熱片的熱阻算是新增加進(jìn)來(lái)的，但如果不加的話，機(jī)殼將直接與空氣進(jìn)行熱交換，這兩者間的熱阻可就大大增加了，通過(guò)加了散熱片，加大了散熱面積，意思是說(shuō)，其實(shí)：

　　殼-空氣之間接觸熱阻》》（殼-散熱片接觸熱阻+散熱片熱阻+散熱片-空氣的接觸熱阻）

　　由此可以看出，加了散熱片，大大減小了散熱通道的總熱阻，仍然是對(duì)散熱有很大貢獻(xiàn)的。