芯片散热的热传导计算

图3 一维热传导模型

在图3的导热模型中，达到热平衡后，热传导遵循傅立叶传热定律：

Q=K·A·(T1-T2)/L (1)

式中：Q为传导热量（W）；K为导热系数（W/m℃）；A 为传热面积（m2）；L

为导热长度（m）。(T1-T2)为温度差。

热阻R表示单位面积、单位厚度的材料阻止热量流动的能力，表示为：

R＝(T1-T2)/Q＝L/K·A (2)

对于单一均质材料，材料的热阻与材料的厚度成正比；对于非单一材料，总的趋势是材料的热阻随材料的厚度增加而增大，但不是纯粹的线形关系。 对于界面材料，用特定装配条件下的热阻抗来表征界面材料导热性能的好坏更合适，热阻抗定义为其导热面积与接触表面间的接触热阻的乘积，表示如

下：

Z＝(T1-T2)/(Q/A)＝R·A (3)

表面平整度、紧固压力、材料厚度和压缩模量将对接触热阻产生影响，而这些因素又与实际应用条件有关，所以界面材料的热阻抗也将取决于实际装配条件。导热系数指物体在单位长度上产生1℃的温度差时所需要的热功率，是衡量固体热传导效率的固有参数，与材料的外在形态和热传导过程无关，而热阻

和热阻抗是衡量过程传热能力的物理量。

图4 芯片的工作温度

芯片工作温度的计算

如图4的热传导过程中，总热阻R为：

R=R1+R2+R3 (4)

式中：R1为芯片的热阻；R2为导热材料的热阻；R3为散热器的热阻。导热材

料的热阻R2为：

R2＝Z/A (5)

式中：Z为导热材料的热阻抗，A为传热面积。芯片的工作温度T2为：

T2＝T1+P×R (6)

式中：T1为空气温度；P为芯片的发热功率；R为热传导过程的总热阻。芯片的热阻和功率可以从芯片和散热器的技术规格中获得，散热器的热阻可以从散

热器的技术规格中得到，从而可以计算出芯片的工作温度T2。

实例

下面通过一个实例来计算芯片的工作温度。芯片的热阻为1.75℃/W，功率为5W，最高工作温度为90℃，散热器热阻为1.5℃/W，导热材料的热阻抗Z为

5.8℃cm2/W，导热材料的传热面积为5cm2，周围环境温度为50℃。导热材料