热阻抗是指热量在热流路径上遇到的阻力,反映介质或介质间的传热能力的大小,表明了 1W热量所引起的温升大小,单位为℃/W或K/W。
热阻热阻(thermal resistance)是一个和热有关的性质,是指在有温度差的情形下,物体抵抗传热的能力。热导率越好的物体,热阻通常会比较低。
(绝对)热阻R,单位是K/W,是一特定物体的特性,例如散热片就会标示其热阻。
比热阻(Specific thermal resistance)Rλ,单位(K·m)/W,是材料特性。
热绝缘系数(Thermal insulance,在国际标准制下单位为(mK)/W,在英制下为(ft·°F·hr)/Btu。是一材料单位面积下的热阻。若是在隔热的应用上,会用隔热R值来量测。
绝对热阻一物体的绝对热阻是指在单位时间内当有单位热能量通过物体时,物体两端的温度差。是热导的倒数。其国际标准制单位为开尔文每瓦特或等效的摄氏度每瓦特(因为Δ1 K= Δ1 °C,上述二个单位是相等的)。
许多电子元件在工作时都会产生热量,若温度过高,元件可能会失效,因此需要加以冷却,因此需考虑散热装置的绝对热阻,让元件有适当的散热,避免温度过高而失效的情形出现。
类比模型电子工程师熟悉欧姆定律,因此在处理有关热阻的计算时,常会用类似电路的方式来处理热阻的问题。热通量用电流来表示,温度差用电压表示,热源可以用定电流源表示,绝对热阻可以用电阻表示,而热容可以用电容表示。
机械工程师和结构工程师比较热悉胡克定律,所以也常会用胡克定律来类比热阻相关的应用。
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电阻类比的问题Phillips的研究人员Clemens J. M. Lasance在2008年提出一份论文,其中提到:“虽然热传导(傅立叶定律)和电流的流动(欧姆定律)有类比关系,但热传率及电导率的物理特性使得热传导和电流的流动在一般情形下有些不同。……虽然两者的微分方程是类似的,但在实务上,电阻和热阻有显著的不同。一个材料若是绝缘体,其电导率会比导体小20个数量级。但一个材料若是隔热体,其导热能力只比导热体小3个数量级,大约只相关于高掺杂硅及低电掺杂硅的电导率比例”。
热阻抗用热功耗乘以热阻抗,即可获得该传热路径上的温升。可以用一个简单的类比来解释热阻抗的意义,换热量相当于电流,温差相当于电压,则热阻抗相当于电阻。
热阻抗Rja:芯片的热源结(junction)到周围冷却空气(ambient)的总热阻抗,乘以其发热量即获得器件温升。
热阻抗Rjc:芯片的热源结到封装外壳间的热阻抗,乘以发热量即获得结与壳的温差。
热阻抗Rjb:芯片的结与PCB板间的热阻抗,乘以通过单板导热的散热量即获得结与单板间的温差1。
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王沛 - 副教授、副研究员 - 中国科学院工程热物理研究所