原创 元器件热阻和热特性辨析

  我最近在写热分析和热设计的章节，把一些材料整理出来给大家分享一下，与原文有些差距，增加多样性，呵呵。
首先看英文的指引，是指JESD51中关于热阻和热特性参数的表格定义。

Theta (θ)、Psi (Ψ)的定义
热阻划分
θJA是结到周围环境的热阻，单位是°C/W。θJA取决于 IC封装、电路板、空气流通、辐射和系统特性，通常辐射的影响可以忽略。θJA专指自然条件下的数值。

器件说明书中的ΦJA是根据JESD51标准给出的，其标准环境是指将器件安装在较大的印刷电路板上，并置于1立方英尺的静止空气中。因此说明书中的数值没有太大的参考价值。

θJC是结到管壳的热阻，管壳可以看作是封装外表面的一个特定点。θJC取决于封装材料(引线框架、模塑材料、管芯粘接材料)和特定的封装设计(管芯厚度、裸焊盘、内部散热过孔、所用金属材料的热传导率)。

注意θJC表示的仅仅是散热通路到封装表面的电阻，因此θJC总是小于θJA。θJC表示是特定的、通过传导方式进行热传递的散热通路的热阻，而θJA则表示的是通过传导、对流、辐射等方式进行热传递的散热通路的热阻。

θCA是指从管壳到周围环境的热阻。θCA包括从封装外表面到周围环境的所有散热通路的热阻。注意，如果有散热片，则可分为θCS和θSA。
θJA = θJC + θCA

θJB是指从结到电路板的热阻，它对结到电路板的热通路进行了量化。通常θJB的测量位置在电路板上靠近封装处。θJB包括来自两个方面的热阻：从IC的结到封装底部参考点的热阻，以及贯穿封装底部的电路板的热阻。
以上三个热阻的对比图：

热特性
Ψ和θ之定义类似，但不同之处是Ψ 是指在大部分的热量传递的状况下，而θ是指全部的热量传递。在实际的电子系统散热时，热会由封装的上下甚至周围传出，而不一定会由单一方向传递，因此Ψ之定义比较符合实际系统的量测状况。
 
ΨJB是结到电路板的热特性参数，单位是°C/W。热特性参数与热阻是不同的。与热阻θJB测量中的直接单通路不同，ΨJB测量的元件功率通量是基于多条热通路的。由于这些ΨJB的热通路中包括封装顶部的热对流，因此更加便于用户的应用。

ΨJT是衡量结温和封装顶部温度之间的温度变化的特征参数。当封装顶部温度和功耗已知时，ΨJT有助于估算结温。

结论
θ-JA 是非常糟糕的，计算仅用于理想的PCB理想的贴装，理想的环境。
θ-JC 是非常糟糕的，只有那种特别大的封装才有意义TO220，因为直接传导占据最主要的比例。
Ψ-JL, Ψ-JB, Ψ-JT, 不同的模型：在正确使用的时候，是一个非常好的模型
参考资料：
IC封装热阻的定义与量测技术
AP4083—IC封装的热特性（MAXIM）
AP3500—通过测量有源元件的管芯温度监控电子系统的热耗散（MAXIM）

标准系列：
JESD51: Methodology for the Thermal Measurement of Component
Packages (Single Semiconductor Device)

JESD51-1: Integrated Circuit Thermal Measurement
Method—Electrical Test Method (Single Semiconductor Device)

JESD51-2: Integrated Circuit Thermal Test Method Environmental
Conditions—Natural Convection (Still Air)

JESD51-3: Low Effective Thermal Conductivity Test Board for
Leaded Surface Mount Packages

JESD51-4: Thermal Test Chip Guideline (Wire Bond Type Chip)

JESD51-5: Extension of Thermal Test Board Standards for Packages
with Direct Thermal Attachment Mechanisms

JESD51-6: Integrated Circuit Thermal Test Method Environmental
Conditions—Forced Convection (Moving Air)

JESD51-7: High Effective Thermal Conductivity Test Board for
Leaded Surface Mount Packages

JESD51-8: Integrated Circuit Thermal Test Method Environmental
Conditions—Junction-to-Board

JESD51-9: Test Boards for Area Array Surface Mount Package
Thermal Measurements

JESD51-10: Test Boards for Through-Hole Perimeter Leaded Package
Thermal Measurements.

JEDEC51-12: Guidelines for Reporting and Using Electronic Package
Thermal Information.

PS：少写博客，多写书。