阿昆聊散热片的散热原理以及如何查看芯片热阻参数及计算方式

　　我们都知道，在使用一些线性电源芯片的时候，如常用的78XX（如7805）、1117系列等，一般电流过大，或压差过大时，产生的功耗就会较大，此时芯片会发热严重。

　　这个时候，如果超出芯片（内部晶圆结温）的长时间耐温极限，不加装散热器装置给它散热，电源芯片就过进入保护状态停止工作，或者烧坏。

　　如图，实际电路工作电流小，功耗小，芯片本身能抗住功耗带来的热量 ，不需要散热片（当然说到本质上，是芯片本身的封装结构也一个散热器，它根本上是给内部的晶圆散热），这个大家要理解，我们说的散热本质上是给晶圆散热，如果封装材质好，可能散热效果也会相应的好，起到散热器的作用。

　　热量从系统的一部分传到另一部分或由一个系统传到另一系统的现象叫做热传导。

　　这是最常见的一种散热传导方式。热传导就是从A传到B，这个很好理解，上图就是散热片贴着芯片进行热传导，这也是本次文章中要讲到的内容。

　　液体或气体中较热部分和较冷部分之间通过循环流动使温度趋于均匀的过程。比如散热片表面的温度通过空间的流动起到了降温作用，这是一种被动对流，还有一种主动对流，就是我们常见的使用风扇对着被散热物料来吹，这种在一些普通加装散热片方式不够的时候的一种补充。最常见的就是电脑CPU就是加了一个大散片进行传导散热，还要加一个大风扇进行对热对流散热。

　　热辐射是物体因自身的温度而具有向外发射能量的本领，如果有关注阿昆之前文章，应该有印象，阿昆之前介绍过一款碳米碳的散热材料，这是通过材料的特殊性，通过热辐射原理来主动散热。（严格说是先通过热传导将热量传到铜皮上，再通过钠米材料以红外方式热辐射出去）

　　总结下来就是 热传导主要发生在稳压电源芯片和散热片之间，而热对流是发生在散热片和周围空气中，热辐射是指散热器向周围空气释放热量。在不加风扇的情况下，热传导是线性电源芯片最主要的散热途径。

　　电源芯片最大允许的功耗是取决于晶圆的最高结温TJM，只有当温度小于TJM的时候，芯片才能正常工作。所以散热越强，晶圆表面的结温就会越低，它就能承受的功率也越大。比如加了散热片后，输出电流可以从500MA提高到1A。

　　关于这个芯片的结温我们大家可以通过数据手册查看，比如这个长电的TO-220封装的 7805，有一条写着工作时候的温度范围是0--150度。

　　这是TO-252封装的晶圆结温，会比TO-220的低点，事实上可能同一个封装甚至同类系列，不同厂家的晶圆因工艺设计问题，结温都有点不同。

　　说完结温，我们说下散热器它的散热能力用什么表示呢？有个参数叫热阻。能当成电阻来理解，电阻是阻碍电流传递，热阻就是阻止热传递。它是用来表明很多材料热传导性能的物理量，也就是说和材料直接相关。比如铜的热阻小于铁的，所以铜散热效果要好于铁。它以单位功耗下材料的温升来表示。单位是℃/W.温升越低，说明材料的散热能力越强，热阻小。打个比方，同样一个10W的功耗产生在同体积的铜和铁上，铜表面温度上升了2度，铁升高了6度。

　　如果没有加散热片时总热阻为RJA（JA理解成是结温（J）到空气（AIR），这就好记了），稳压器最高允许的结温是TJM，最高环境和温度为TAM，加散热片器件的实际功耗为PD，其关系：PD=（TJM-TAM）/(RJA）=（最高结温-工作环境和温度）除以总热阻。

　　每个电源芯片在规格手册里都会有这个RJA参数，即没有加散热片的热阻，我们看一下不同芯片的热阻情况：

　　从以上能够准确的看出，封装最小的1117系列，从晶圆到空气中的热阻达到100，散热最差，而252和220封装接近，之所以TO252封装的热阻80比TO220封装的83.3低一点好一点，是和其表面大小有点关系。

　　比如芯片最大功耗为10W，工作电路实际功耗为2W，那我们在设计上要设计到4W以上，至少要留个一们安全余量。

　　那从散热器到周围空气的热阻RCA=（芯片结温-工作环境和温度）/实际功耗-芯片不加散热片的热阻RJA。