电子设备热设计 第二讲课件

电子设备热设计第二讲基本理论知识内容三种传热方式：导热对流辐射热阻元器件发热量确定导热气体气体分子不规则运动时相互碰撞金属自由电子的运动非导电固体晶格结构的振动液体弹性波公式辐射电磁波一般考察与太阳、空间环境间的传热时才考虑辐射传热系数元器件结温从广义上将元器件的有源区称为“结”，而将元器件的有源区温度称为“结温”。元器件的有源区可以是结型器件的Pn结区，场效应器件的沟道区或肖特器件的接触势垒区，也可以是集成电路的扩散电阻或薄膜电阻等。默认为芯片上的最高温度。元器件最高结温对于硅器件塑料封装为125~150℃金属封装为150~200℃对于锗器件为70~90℃当结温较高时（如大于50℃），结温每降低40～50℃，元器件寿命可提高约一个数量级。所以对于航空航天和军事领域应用的元器件，由于有特别长寿命或低维护性要求，并受更换费用限制以及须承受频繁的功率波动，平均结温要求低于60℃。热特性设备或元器件的温升随热环境变化的特性，包括温度、压力和流量分布特征。热阻热量在热流途径上遇到的阻力内热阻元器件内部发热部位与表面某部位之间的热阻（例如半导体器件的结构与外壳的之间的热阻）安装热阻元器件与安装表面之间的热阻（界面热阻）热网络热阻的串联、并联或混联形成的热流路径图元器件总热阻内热阻一般由元器件生产商提供与设计和生产方法有关不是严格意义上的内热阻不受外部散热翅片或其它散热方式影响？该值用于预测结点最高温度，并衡量元器件使用场合和成本。塑封元器件、低功耗、成本低：K/W大功耗器件：K/W贵金属引线架、陶瓷封装、金刚石散热片外热阻电子设备热设计工程师可改变的以散热翅片为例，与翅片材料的导热系数、翅片效率、表面面积和表面对流换热系数有关。热沉和热流分配热流量经传热途径至最终的部位，通称为“热沉”。它的温度不随传递到它的热量大小而变，它相当于一个无限大的容器，可能是大气、大地、大体积的水或宇宙，这取决于被冷却设备所处的环境。电子设备内的热流量以多种形式通过不同的路径进行传递，最后达到热沉，使各个节点的温度保持在所要求的数值范围内。从实际传热观点而言，热设计时应利用中间散热器，它们一般都属于设备的一部分。它们可以是设备的底座、外壳或机柜、冷板、肋片式散热器或设备中的空气、液体等冷却剂。热阻初步分配分析热流分析与元件温度粗略预测电子元器件的温度和热流示意图复杂热流相互作用下，流入各元器件的总热流量为零理论耗散功耗电子器件产生的热量是其正常工作时必不可少的副产物。当电流流过半导体或者无源器件时，一部分功率就会以热能的形式散失掉。耗散功率为如果电压或者电流随时间变化，则耗散功率由平均耗散功率给出：2.1半导体集成电路技术基础CMOS半导体集成电路的基本结构

三星公司的800万像素CMOS芯片三星公司的800万像素CMOS芯片支持防抖动功能、人脸识别功能以及现在正在流行的笑脸捕捉功能。此外，该芯片还将具备强大的微距拍摄能力，支持最短1厘米的拍摄距离。三星公司表示，新款的800万像素CMOS感光芯片将极大的提高其在微弱光线下的表现能力，在光线不足的拍摄环境中，该感光芯片会强制介入并将ISO数值提高到1600。1.2半导体分立器件的种类及其性能场效应型三极管(FieldEffect

Transisitor---FET)

场效应型三极管是利用场效应控制电流通道中的多数载流子密度，以控制沟道电流的半导体器件。场效应型三极管也称作单极晶体管。场效应型三极管分为2类：结栅场效应晶体管和绝缘栅场效应晶体管。金属-氧化物-半导体场效应晶体管是应用最广泛的绝缘栅场效应晶体管。金属-氧化物-半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-SemiconductorFieldEffect

Transisitor---MOSFET)按沟道多数载流子的类型,MOSFET分为2种不同沟道类型:N沟道型和P沟道型。也即NMOS管和PMOS管面结型场效应管（JunctionFET）面结型场效应管有三种工作状态：开、关和线性转换。当面结型场效应管处于开状态时，耗散功率为在线性转换和关状态时，耗散功率为。半导体集成电路外形和芯组装配示例例1.CMOS半导体集成电路

半导体集成电路外形和芯组装配示例例2双极型半导体集成电路

导线连接导线的稳态耗散功率由焦耳定律给出连接导线电阻Ribbons金，宽0.005inch，高0.002inch，长0.2inch最大熔断电流10.6A，失效电流7.63A材料单位长度电阻mohm/0.1inch0.002×0.005金ribbon10PackagePinsHermeticpinsNonhermeticpinsSubstratesSheetresistivity电感电感电路中没有能量损耗，但是，在储能、释能过程中，电感与电源之间不断地进行着能量互换。这种能量互换的规模通常为无功功率PQ电容由两个金属板极并在其间夹有电绝缘介质构成的能够积累电荷、储存电场能量的元件。电容器不消耗电源能量,只是与电源作周期性能量互换。冷却方法的选择温升为40度时，各种冷却方法的热流密度和体积功率密度值冷却方法可以根据热流密度与温升