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热传递的三种方式（热传递的三种方式是什么？ 热传递的三种方式）

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三种传热方式(三种传热方式(三种传热方式是什么？))
传热方式有三种:热传导、对流换热和辐射换热 。在电子设备散热的过程中，这三种方式都会发生 。通过以下公式计算三种传热模式传递的热量
傅立叶导热系数公式:Q=λA(Th-Tc)/δ
牛顿对流传热公式:Q =αA(Tw-泰尔)
辐射的四次方定律:Q=5.67e-8*εA(Th4-Tc4)
其中λ、α和ε分别为导热系数、对流传热系数和表面发射率，A为传热面积 。
【热传递的三种方式（热传递的三种方式是什么？ 热传递的三种方式）】热传递的三种基本方式
热传导
当物体各部分之间没有相对位移时，分子、原子、自由电子等微观例子热运动产生的热量称为热传导 。比如固体内部的传热，不同固体通过接触面的传热，都是热传导现象 。芯片主要通过热传导将热量传递到外壳外部 。
热传导过程中传递的热量根据傅立叶热传导定律计算:
Q=λA(Th-Tc)/δ
其中包括:
a为垂直于传热方向的面积，单位为m2；
Th和Tc分别是高温和低温表面的温度，
δ是两个面之间的距离，单位为m..
λ是材料的导热系数，单位为W/(m*℃),表示材料的导热系数 。一般来说，固体的导热系数大于液体，液体的导热系数大于气体 。例如，在室温下，纯铜的导热系数高达400 W/(m*℃),纯铝的导热系数为236 W/(m*℃),水的导热系数为0.6 W/(m*℃),而空气体的导热系数仅为0.025W/(m*℃)左右 。铝的导热率高，密度低，所以散热器基本都是铝合金的 。但在一些大功率芯片中，为了提高散热性能，铝制散热器往往内嵌铜块或铜质散热器 。
热对流
对流传热是指运动的流体流经不同温度的固体表面时，与固体表面进行热交换的过程，是通信设备散热中应用最广泛的传热方式 。根据流动原因的不同，对流传热可分为强制对流传热和自然对流传热 。前者是由泵、风扇或其他外部动力源引起的，后者通常是由流体自身温度场的不均匀密度场引起的，由此产生的浮力成为运动的原动力 。
机柜中常用的风扇冷却散热是最典型的强制对流传热 。在最终产品中，主要是自然对流传热 。自然对流散热可分为大空自然对流(如终端外壳与外界空空气的热交换)和有限空自然对流(如终端内单板与终端内空空气) 。值得注意的是，当终端外壳与单板之间的距离小于一定值时，无法形成自然对流 。比如手机的单板和外壳只是以空气体为介质导热 。
根据牛顿冷却定律计算对流热:
q = hA(Tw-泰尔)
其中包括:
a为垂直于传热方向的面积，单位为m2；
Th和Tc分别是固体壁和流体的温度，
h为对流换热系数，自然对流时在1 ~ 10 W/(℃ * m2)数量级，实际应用中一般不超过3 ~ 5w/(℃* m2)；发生强制对流时，传热系数在10 ~ 100 W/(℃ * m2)数量级，但在实际应用中不会超过30W/(℃*m2) 。
热辐射
辐射是通过电磁波传递能量的过程 。热辐射是物体温度高于绝对零度时发出电磁波的过程 。通过热辐射在两个物体之间传递热量称为辐射换热 。物体的辐射力通过以下公式计算:
E=5.67e-8εT4
表面间热辐射的计算极其复杂，面积相同的两个相对表面间辐射换热量的最简单计算公式为:
q = A * 5.67 e-8/(1/εh+1/εc-1)*(Th4-Tc4)
公式中，T指物体的绝对温度值=摄氏温度值+273.15；ε是表面的黑度或发射率，取决于物质种类、表面温度和表面状况，与外界条件和颜色无关 。抛光铝表面黑度为0.04，氧化铝表面黑度为0.3，喷漆表面黑度为0.8，雪地黑度为0.8 。
由于辐射传热不是线性的，当环境温度升高时，在终端温度与环境相同的温差下，会散发更多的热量 。
塑料外壳表面喷漆，PWB表面会涂绿油，表面黑度可达0.8，都有利于辐射散热 。对于金属外壳，可以进行一些表面处理，提高黑度，加强散热 。
关于辐射散热最大的一个误区就是黑色可以增强散热，通常散热器表面的黑色处理也助长了这种认知 。实际上，当物体的温度低于1800℃时，热辐射的有意义波长位于0.38至100微米之间，大部分能量位于0.76至20微米的红外波段，而可见光波段的热辐射能量所占比例并不大 。颜色只与可见光吸收有关，与红外辐射无关 。夏天，人们穿浅色衣服，以减少对太阳可见光辐射的吸收 。因此，终端的内部可以随意涂上各种颜色的油漆 。
热阻的概念
热传导和对流传热公式的转换；
傅立叶导热系数公式:q =λa(th-TC)/δq =(th-TC)/[δ/(λa)]
牛顿对流传热公式:Q =αA(Tw-泰尔)Q =(Tw-泰尔)/(1/αA)
在传热过程中，温差是过程的驱动力，类似于电学中的电压，换热量就是要传递的量，类似于电学中的电流 。所以上式中的分母可以用电学中电阻的概念理解为导热过程的电阻，称为热阻，单位为℃/W，其物理意义是传递1W的热量需要多少度的温差 。在热设计中，热阻标记为R或θ 。δ/(λA)为导热阻力，1/αA为热对流阻力 。一般器件的Rjc和Rja热阻在器件的数据中提供，Rjc是从结到器件外壳的热阻；Rja是器件结壳热阻与壳壳和外部环境之间对流传热热阻之和 。这些热阻参数可以通过实验测试获得，也可以根据器件的详细内部结构进行计算 。根据这些热阻参数和器件的热消耗，可以计算出器件的结温 。
实际上，两个名义上接触的固体表面之间的接触只发生在某些离散的面元上 。未连接的界面之间的间隙往往充满空气体，热量会以导热和辐射的形式通过间隙层 。与理想的真实完全接触相比，这种额外的传热阻力称为接触热阻 。降低接触热阻的方法主要是增加接触压力，增加界面材料(如硅脂)填充界面间的空气体 。谈到热传导，接触热阻的影响是不可忽视的 。需要根据应用情况选择合适的热接口材料，如导热硅脂、导热垫等 。
器件的热特性
了解器件热阻
JEDEC芯片封装的热性能参数:
热阻参数
θja，从结(即芯片)到空气体环境的热阻:θja=(Tj-Ta)/P
θjc，从结(即芯片)到封装的热阻:θjc=(Tj-Tc)/P
θjb，从结(即芯片)到PCB的热阻:θjb=(Tj-Tb)/P
热性能参数
ψjt，封装顶部结的热参数:ψjt =(Tj-Tt)/P
ψjb，从结到封装底部的热参数:ψjb =(Tj-Tb)/P
Tj——芯片的结温，℃
Ta——空环境温度，℃
Tb——芯片根部PCB表面温度，℃
Tt——芯片表面温度，℃
θja热阻参数是封装的品质因数，而非特定应用 。θja的正确应用只能是芯片封装的热性能质量参数(用于比较性能水平)，不能应用于实际测试/分析中的结温预测分析 。
自20世纪90年代以来，与θja相比，人们需要更有价值的热参数供实际工程师预测芯片温度 。为了满足这一要求，出现了θjb、ψjt和ψjb三个新参数 。
ψjb可以恰当地应用于热分析中的结温分析 。
ψjt可以恰当地应用于实际产品热测试中的结温预测 。
θ是从结到封装表面最接近结的点的热阻 。在θ测量中，我们尽量让热流“完全”穿过封装外壳 。
ψjt和θjc完全不同 。它不是器件的热阻，而只是一个数学结构，它只是顶部的热特性参数，因为不是所有的热量都通过封装顶部散发 。
实际上，对于根据芯片封装上表面的测试温度来估计结温，ψjt的参考值有限 。
θ:品质因数，用于比较板表面贴装芯片封装的热性能，针对2s2p PCB，不适用于板上热流不均匀的芯片封装 。
θjb和ψjb有本质区别，θ JB > ψ JB 。与ψjt一样，ψjb是PCB结的热特性参数 。
典型器件封装的散热特性
1)SOP包装
普通SOP封装散热性能差 。影响SOP封装散热的因素有外部因素和内部因素，其中内部因素是关键因素 。影响散热的外部因素是器件管脚与PWB之间的传热阻力和器件上表面与环境之间的对流散热阻力 。这是由于SOP封装本身高传热阻力 。SOP封装有三种散热方式:
a、管芯的热量通过模塑料传导到器件的上表面，然后对流散热，低导热封装材料影响传热 。
b、管芯热量通过焊盘、封装材料和器件底部与PWB之间的空气体层，再传递到PWB散热 。导热系数低的封装材料和空气体层会影响热传递 。
C.管芯的热量通过引线框架传递到PWB，引线框架和管芯之间有一根很细的金线，所以管芯和引线框架之间存在很大的热阻，限制了引脚的散热 。
2)增强的SOP
所述封装的特征在于，所述管芯以腔朝上的方式设置，所述焊盘从所述封装的底部露出并焊接在PWB的表面上；或者在焊盘底部键合金属块，焊盘暴露在封装底部，焊接在PWB表面 。管芯的热量通过金属直接传递到PWB，消除了原封装材料和空气体层的热阻 。
3)底部增强散热SOP封装倒置
这种封装相当于把底部加强散热的SOP封装反过来贴在单板上 。由于芯片上表面暴露的焊盘面积很小，除了均匀的管芯温度之外，实际的直接散热性能很差 。一般需要搭配一个散热器来加强散热 。如果芯片表面没有安装热沉，那么金属焊盘的主要作用就是将管芯的热量扩散出去，然后传递给芯片内部的引脚，最后通过引脚将热量传递给PWB进行散热 。金属焊盘可以缩短管芯和引脚之间的热传递电阻 。
4)PBGA
影响PBGA Rjc和Rja热阻的因素有很多，按重要性排列如下:
一、热球的数量
b、模具的尺寸
c、基板的结构，包括铜皮的数量和厚度 。
D.管芯附着材料的热导率
E.金丝直径
f，PWB上导热通孔的数量 。
其中，前五个因素与设备本身的设计有关，第六个因素与PWB设计有关 。
5)TBGA包装结构
热传递模式:
管芯的热量传递给上表面的铜块，部分热量通过铜块传递给环境；此外，一部分热量通过铜块依次传递到芯片的基板、焊球和PWB，再通过PWB散发出去 。
6)FCBGA
FC-BGA封装耗热量在1 ~ 6 W时，可采用直接强制对流散热，Rja在8 ~ 12℃/W范围内；耗热量在4 ~ 10 W时，需要加散热器加强散热，Rja范围为5 ~ 10℃/W；耗热量在8 ~ 25 W时，需要高端散热器配合合适的风道来加强散热 。
7)至
TO器件的散热往往需要很大的铜皮，那么面积紧密的单板如何实现？
按重要性排序:
A.通路孔
B.单板的层结构(层或动力层的位置)
c、地层或动力层的铜皮厚度
e、衬垫厚度

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