電(dian)子(zi)元(yuan)器(qi)件(jian)不(bu)喜(xi)歡(huan)在(zai)高(gao)溫(wen)下(xia)運(yun)行(xing)。任(ren)何(he)表(biao)現(xian)出(chu)內(nei)部(bu)自(zi)發(fa)熱(re)效(xiao)應(ying)的(de)元(yuan)器(qi)件(jian)，都(dou)會(hui)導(dao)致(zhi)自(zi)身(shen)和(he)周(zhou)圍(wei)其(qi)他(ta)元(yuan)器(qi)件(jian)的(de)可(ke)靠(kao)性(xing)降(jiang)低(di)，長(chang)期(qi)過(guo)熱(re)甚(shen)至(zhi)還(hai)可(ke)能(neng)導(dao)致(zhi)印(yin)刷(shua)電(dian)路(lu)板(ban)（PCB）變形，降低與其他元器件的連接完整性，並影響走線阻抗。通常情況下，容易產生廢熱的元器件包括電源和各種形式的功率放大器［音頻或射頻（RF）］，但現代片上係統（SoC）、電源轉換模塊和高性能微處理器也會產生大量內部熱量。

尋找熱源

reguanlishidianzishejideyigezhongyaofangmian，yinweitayouzhuyutiaojiedianziyuanqijiandewendu，fangzhiguorezaochengsunhuai。yixiedianziyuanqijianzairichangyunxingzhonghuichanshengreliang，ruguozhexiereliangdebudaochongfensanfa，jiuhuisuoduantamendezhengtishiyongshouming，huozaochengyongjiuxingsunhuai。reguanlidemubiaojiushiyaorangdianziyuanqijianweichizaianquangongzuowenduxia，quebaoqichangqikekaoxinghexingneng。chanshengdezhexiereliangshijishangshiyizhongnengliangsunshi
，biaomingnengyuanmeiyoudedaochongfenliyong。womenjiangzaihouwenzhonglejiedaosanrekeyicaiyongdegezhongfangfa，baokuoshiyongfengshanshixianqiangzhifenglengheshiyongsanreqishixianduiliusanre。

要(yao)實(shi)施(shi)熱(re)管(guan)理(li)，就(jiu)必(bi)須(xu)了(le)解(jie)設(she)計(ji)中(zhong)采(cai)用(yong)的(de)每(mei)個(ge)元(yuan)器(qi)件(jian)的(de)安(an)全(quan)工(gong)作(zuo)溫(wen)度(du)範(fan)圍(wei)。數(shu)據(ju)手(shou)冊(ce)中(zhong)通(tong)常(chang)會(hui)給(gei)出(chu)溫(wen)度(du)下(xia)限(xian)和(he)上(shang)限(xian)之(zhi)間(jian)的(de)範(fan)圍(wei)

，這(zhe)個(ge)範(fan)圍(wei)通(tong)常(chang)稱(cheng)為(wei)安(an)全(quan)工(gong)作(zuo)區(qu)（SOA）

，它ta定ding義yi了le元yuan器qi件jian能neng夠gou可ke靠kao運yun行xing而er不bu會hui出chu現xian不bu可ke預yu測ce行xing為wei或huo過guo早zao老lao化hua的de溫wen度du範fan圍wei。此ci外wai，電dian路lu正zheng常chang工gong作zuo的de環huan境jing溫wen度du也ye是shi一yi個ge重zhong要yao的de考kao慮lv因yin素su。

可能產生多餘熱量的應用和元器件包括以下幾種：

電源轉換：電源的作用是將電網的交流（AC）電壓轉換為較低的直流（DC）電壓

，這個過程中總會產生一些損耗。電源的效率通常因負載條件和轉換器拓撲結構而異。例如，XP Power ASB160 160W AC/DC開關模式電源的最大滿載電源效率為91%至93%。這一規格表明，160W的線路輸入能量中最多有9%的能量（即14.4W）需要耗散。電源中可能的熱源包括開關MOSFET、二極管和電感器。

電機驅動器：大功率工業電機柵極驅動器電路中的MOSFET會產生大量廢熱。半導體或集成模塊的末級通常是主要熱源，需要安裝散熱器和其他散熱元器件。MOSFET或其他功率半導體在傳導過程中的內部串聯電阻可能並不大
，但在大電流、高壓應用中，它們產生的熱量仍然會相當可觀。

無源元器件自發熱：許多人都知道電容器、電(dian)阻(zu)器(qi)和(he)電(dian)感(gan)器(qi)等(deng)無(wu)源(yuan)元(yuan)器(qi)件(jian)會(hui)有(you)內(nei)部(bu)自(zi)發(fa)熱(re)的(de)問(wen)題(ti)。也(ye)許(xu)每(mei)個(ge)零(ling)件(jian)損(sun)失(shi)的(de)能(neng)量(liang)都(dou)不(bu)多(duo)

，但(dan)這(zhe)些(xie)零(ling)件(jian)的(de)使(shi)用(yong)量(liang)往(wang)往(wang)都(dou)很(hen)大(da)，因(yin)而(er)會(hui)成(cheng)為(wei)重(zhong)要(yao)的(de)熱(re)源(yuan)。

放大：任(ren)何(he)基(ji)於(yu)半(ban)導(dao)體(ti)或(huo)模(mo)塊(kuai)的(de)放(fang)大(da)電(dian)路(lu)都(dou)會(hui)產(chan)生(sheng)一(yi)定(ding)的(de)熱(re)量(liang)
，而(er)音(yin)頻(pin)和(he)射(she)頻(pin)放(fang)大(da)器(qi)是(shi)其(qi)中(zhong)最(zui)主(zhu)要(yao)的(de)兩(liang)種(zhong)。放(fang)大(da)器(qi)的(de)效(xiao)率(lv)和(he)輸(shu)入(ru)功(gong)率(lv)決(jue)定(ding)了(le)需(xu)要(yao)耗(hao)散(san)的(de)最(zui)大(da)熱(re)量(liang)。不(bu)同(tong)的(de)放(fang)大(da)器(qi)拓(tuo)撲(pu)結(jie)構(gou)有(you)不(bu)同(tong)的(de)效(xiao)率(lv)，因(yin)此(ci)必(bi)須(xu)要(yao)了(le)解(jie)各(ge)種(zhong)用(yong)例(li)中(zhong)可(ke)能(neng)的(de)峰(feng)值(zhi)功(gong)率(lv)以(yi)及(ji)放(fang)大(da)器(qi)的(de)工(gong)作(zuo)效(xiao)率(lv)。

PCB走線和互連：在峰值負載條件下，PCB走線的阻抗總是有可能產生熱量。PCB走線的寬度和布局應根據最大工作條件進行計算，否則有可能出現局部發熱、變形乃至起火。同樣
，電路板互連器件若長期負載過高
，也會在連接器端子處產生熱量，導致損壞乃至起火。

除了檢查元器件數據手冊中的安全工作溫度和了解電路參數外，還可以使用熱成像儀（圖1）獲取主要發熱元器件的準確圖像。

圖1：顯示重要熱源的PCB熱紅外圖像（圖源：Teledyne Flir）

熱對元器件可靠性的影響

高溫會對元器件的可靠性產生巨大影響。圖2所示為額定溫度+85°C和+105°C的多層陶瓷電容器（MLCC）的預計壽命可靠性。從中可見
，當工作溫度為50°C時

，額定溫度+85°C的MLCC使用壽命為40年；如果平均工作溫度升高10°C至60°C，那麼它的使用壽命就會縮短至10年。

圖2：溫度對MLCC壽命的影響（圖源：Murata）

對於任何係統，可靠性的量化標準都是平均故障間隔時間（MTBF），它是根據元器件可靠性參數計算出來的。過熱會導致平均工作溫度升高，進而降低元器件的MTBF。

此ci外wai，許xu多duo半ban導dao體ti元yuan器qi件jian和he電dian池chi都dou會hui出chu現xian熱re失shi控kong現xian象xiang。在zai這zhe種zhong連lian鎖suo反fan應ying現xian象xiang中zhong，電dian流liu會hui因yin溫wen度du升sheng高gao而er增zeng大da，這zhe就jiu形xing成cheng了le惡e性xing循xun壞huai，從cong而er導dao致zhi元yuan器qi件jian故gu障zhang、係統過載和火災。

熱管理技術

散熱有多種方式
，包括傳導和對流。傳導是指熱量（熱能）從(cong)一(yi)個(ge)物(wu)體(ti)傳(chuan)遞(di)到(dao)另(ling)一(yi)個(ge)物(wu)體(ti)。將(jiang)熱(re)能(neng)從(cong)高(gao)溫(wen)元(yuan)器(qi)件(jian)傳(chuan)導(dao)到(dao)低(di)溫(wen)物(wu)體(ti)

，就(jiu)可(ke)以(yi)降(jiang)低(di)元(yuan)器(qi)件(jian)的(de)溫(wen)度(du)。傳(chuan)導(dao)是(shi)最(zui)有(you)效(xiao)的(de)熱(re)傳(chuan)遞(di)方(fang)法(fa)
，因(yin)為(wei)它(ta)所(suo)需(xu)的(de)表(biao)麵(mian)積(ji)最(zui)小(xiao)。

對dui流liu冷leng卻que利li用yong移yi動dong的de氣qi流liu，將jiang熱re量liang從cong物wu體ti帶dai到dao周zhou圍wei的de空kong氣qi中zhong。當dang空kong氣qi帶dai走zou熱re量liang時shi
，會hui吸xi入ru更geng多duo的de空kong氣qi，從cong而er增zeng加jia氣qi流liu並bing降jiang低di熱re源yuan的de溫wen度du。氣qi流liu可ke以yi自zi然ran產chan生sheng，也ye可ke以yi強qiang製zhi產chan生sheng；例如，使用風扇就可以加快散熱。此外
，散熱器可以增加元器件的有效表麵積
，提高散熱量。

熱阻抗和熱界麵材料

熱阻抗衡量的是材料的導熱效率
，是熱管理計算中的一個重要參數。例如


，導熱墊
、凝膠和糊劑等熱界麵材料（TIM）可改善功率MOSFET之間的熱傳導。其中一些材料在導熱的同時
，還能實現電隔離。Würth Elektronik就可以提供多種這樣的熱界麵材料（圖3）。例如，WE-TINS係列是一種薄矽膠墊
，可在電子元器件和散熱組件之間實現電絕緣，同時促進熱量傳導；WE-TGFG係列在泡沫芯外包裹了一層合成石墨，是一種導熱性高、不含矽膠的熱擴散替代材料，可用於填充垂直間隙。

圖3：Würth Elektronik提供的部分熱界麵材料（圖源：Würth Elektronik）

此外，Panasonic也提供一係列熱管理解決方案
，EYG-R石墨墊就是其中的一款
，具有安裝簡便、可(ke)靠(kao)性(xing)高(gao)和(he)熱(re)阻(zu)低(di)的(de)特(te)點(dian)
，因(yin)為(wei)其(qi)一(yi)側(ce)表(biao)麵(mian)更(geng)加(jia)光(guang)滑(hua)，熱(re)接(jie)觸(chu)更(geng)良(liang)好(hao)。這(zhe)些(xie)石(shi)墨(mo)墊(dian)具(ju)有(you)較(jiao)高(gao)的(de)可(ke)壓(ya)縮(suo)性(xing)，能(neng)有(you)效(xiao)填(tian)充(chong)發(fa)熱(re)和(he)散(san)熱(re)器(qi)件(jian)之(zhi)間(jian)的(de)空(kong)隙(xi)，從(cong)而(er)實(shi)現(xian)更(geng)好(hao)的(de)熱(re)傳(chuan)導(dao)。

散熱器

散熱器有豐富多樣的形狀和尺寸。其中，既有專門設計用於特定功率半導體和IC/SoC封裝的產品
，也有其他適用於行業標準模塊的產品，比如Advanced Thermal Solutions Inc.的ATS maxiFLOW係列散熱器
，就是專為全磚DC/DC轉換器模塊而設計的。

CUI Devices還提供各種適用於半導體封裝和模塊的散熱器。為幫助用戶進行選擇，CUI還提供了散熱器選擇指南。

風扇

風扇可以提供流過PCB和散熱器的強製氣流。CUI Devices提供的此類產品包括變速直流離心式風扇和直流軸流式風扇，兩者均采用omniCOOL軸承係統。

珀爾帖模塊

珀爾帖（Peltier）熱re電dian模mo塊kuai可ke以yi冷leng卻que半ban導dao體ti和he其qi他ta小xiao型xing發fa熱re元yuan器qi件jian，非fei常chang適shi合he用yong在zai空kong間jian有you限xian的de外wai殼ke中zhong。珀po爾er帖tie熱re電dian效xiao應ying是shi指zhi，當dang電dian流liu通tong過guo兩liang種zhong不bu同tong的de導dao電dian材cai料liao時shi，熱re能neng也ye會hui在zai這zhe兩liang種zhong材cai料liao之zhi間jian流liu動dong。該gai效xiao應ying由you法fa國guo物wu理li學xue家jia讓rang•珀爾帖（Jean Peltier）發現，是塞貝克（Seebeck）效應的反效應。這些結構緊湊的模塊通常使用P型和N型半導體顆粒，無需移動部件即可實現從熱源到散熱器的有效熱傳遞。

圖4所示即為熱源和散熱器之間的熱能流動。CUI Devices提供一係列標準型和微型珀爾帖模塊，可適應高達+77°C的溫度梯度。

圖4：使用珀爾帖模塊時，從熱源到散熱器的溫度梯度（圖源：CUI Devices）

（作者：貿澤電子Mark Patrick）

免責聲明：本文為轉載文章，轉載此文目的在於傳遞更多信息
，版權歸原作者所有。本文所用視頻、圖片

、文字如涉及作品版權問題
，請聯係小編進行處理。