专家分享：器件的散热设计

yu9988

常问设计师“设计的板子做热测试了没有”，答曰“不用测，我摸了一遍，这板子上没有感觉烫的器件”。如此理解，大错矣。

　　举例说明：某两款笔记本电脑，本人亲自用过的（为避免惹麻烦，不公布其名字），某款I厂家的键盘，摸着温温的，不热；另一款H厂家的，摸着键盘发烫。我暗忖之，到底这两款哪家的散热更好？

　　I家的壳体不热，两种可能，一种是人家低功耗做得好，结温也不高；第二种是散热做得很差，结温很高，但隔热做得好，散不出来，有烧毁的巨大风险。

　　另一种H厂家的键盘发热自然也是两种可能，一是散热做得好，结温和壳温差不很多，摸着外面很烫，但里面其实也就那样了，问题不大；第二种是外面热，里面更热，那才叫个怕怕。

　　以上二均为一线大品牌（具体是哪两家，亲们，你们懂的，I是老牌的牌子，现在换成了L，H还在），我相信，他们都是很好的笔记本电脑，于是由此推理也就得出一个结论：单从器件表面的温度是不能判断出结温的，而使器件烧坏的是结温；因此单靠摸的手感来判断器件值得做热测试是错误的。那到底该如何做呢？

　　对MCU、驱动器件、电源转换器件、功率电阻、大功率的半导体分立元件、开关器件类的能量消耗和转换器件，热测试都是必须的。不论外壳摸起来热不热。

　　热测试分两种方式，接触式和非接触式，接触式的优点是测量准确，但测温探头会破坏一点器件的散热性能，毕竟要紧贴器件表面影响散热；非接触式尤其是红外测温，误差大，其测温特点是只能测局部范围内的最高温度点。

　　但这些测试测出的仅仅是壳体表面温度，结温是不能被直接测得的，只能再通过

　　△T = Rj * Q

　　计算得出。其中，

　　△T是硅片上的PN结到壳体表面的温度差（Tj-Ts），Ts即是测得的壳体温度，单位℃

　　Rj是从PN结到壳体表面的热阻，从器件的dadasheet上可以查到，单位℃/W

　　Q是热耗，单位W，对能量转换类的器件，（1-转换效率）*输入功率就是热耗，对非能量转换器件，即一般功能性逻辑器件，输入电功率约等于热耗。

　　如此，结温可以很容易的推算得出，如果（结温，输入电功率）的静态工作点，超出了器件负荷特性曲线的要求（见本博客2010-08-30发表的《器件环境温度与负荷特性曲线的常见错误》），则该器件的热设计必须重新来过。如此反复多次，直到器件的静态工作点满足负荷特性曲线的有效工作范围，则热设计和热测试通过。

　　另外曾有人问我，我们传导散热都是采取加散热片的方式加速散热，可壳体表面加了散热片，散热片又有热阻，岂不是加大了对散热的阻碍？初看此问题，愣怔片刻，似乎极其有理，但深究下可发现其中的问题，热阻不是仅仅有形的物体才有，无形的物质照样有热阻，比如空气。器件散热到空气中，其热阻链路包括：

　　PN结-壳表面的热阻、

　　壳表面到散热片的接触热阻、

　　散热片本身的热阻、

　　散热片表面到空气的基础热阻、

　　散热片外的局部环境到远端机箱外的风道的热阻，

　　加装了散热片后，从表面来看，散热片的热阻算是新增加进来的，但如果不加的话，机壳将直接与空气进行热交换，这两者间的热阻可就大大增加了，通过加了散热片，加大了散热面积，意思是说，其实：

　　壳-空气之间接触热阻》》（壳-散热片接触热阻+散热片热阻+散热片-空气的接触热阻）

　　由此可以看出，加了散热片，大大减小了散热通道的总热阻，仍然是对散热有很大贡献的。