芯片的散热、发热等概念讨论
硬件的小伙伴应该都有“烧设备”的经历，芯片摸上去温温的，有的甚至烫手。
有些芯片在正常工作时，功耗很大，温度也很高，需要涂散热材料。
本文主要讨论芯片的散热/发热、热阻、温升、热设计等概念。
开盖后的酷睿i9-9900k上的硅脂散热材料
芯片发热和损耗
芯片的功率损耗，一方面指的是有效输入功率和输出功率的差值，称之为耗散功率，这部分损耗会转化成热量释放，发热并不是一个好东西，会降低部件和设备的可靠性，严重会损坏芯片。
耗散功率，英文为power dissipation，某些芯片的spec里面会有这个参数，指最大允许耗散功率，耗散功率和热量是相对应的，可允许耗散功率越大，相应的结温也会越大。
另一方面，芯片功耗指的是电器设备在单位时间中所消耗的能源的数量，单位为w，比如空调2000w等等。
热阻和温升
我们都知道一句话：下雪不冷化雪冷，这是一个物理过程，下雪是一个凝华放热过程，化雪是一个融化吸热过程。 芯片的温升是相对于环境温度（25℃）来说的，所以不得不提热阻的概念。
热阻，英文thermal resistance，指的是当有热量在物体上传输时，在物体两端温度差与热源的功率之间的比值，单位是℃/w或者是k/w。 如下图所示，将一个芯片焊接在pcb板上，芯片的散热途径主要有如下三种，对应三种热阻。
1、芯片内部到外壳和引脚的热阻——芯片固定的，无法改变。2、芯片引脚到pcb板的热阻——良好的焊接和pcb板决定。3、芯片外壳到空气的热阻——由散热器和芯片外围空间决定。半导体芯片热阻参数示意
ta为环境温度，tc为外壳表面温度，tj为结温。θja：结温（tj）与环境温度（ta）之间的热阻。θjc：结温（tj）与外壳表面温度（tc）之间的热阻。θca：外壳表面温度（tc）与环境温度（ta）之间的热阻。
热阻的计算公式为：θja =（tj-ta）/pd →tj=ta+θja*pd其中θja*pd为温升，也可以称之为发热量。
1、在热阻一定的情况下，功耗pd越小，温度越低。2、在功耗一定的情况下，热阻越小越好，热阻越小代表散热越好。
结温计算误区
很多人计算结温用这个公式：tj=ta+θja*pd，在ti的文档中有说明，其实并不准确，在公众号后台回复关键词温升，可获取此文档。
大致意思就是θja是一个多变量函数，不能反应芯片焊接在pcb板上的真实情况，和pcb的设计、chip/pad的大小有强相关性，随着这些因素的改变，θja值也会改变，芯片厂家在测试θja时和我们实际使用情况有较大差别，所以用来计算结温，误差会很大。
热阻θja和这些参数有强相关性
同时使用tj=tc+θjc*pd这个公式，用红外摄像机测量出芯片外壳温度tc，然后算出tj也是不太准确的。 厂家给出θja和θjc可能更多是让我们评估芯片的热性能如何，用于和其他芯片比较。
在某些芯片的参数中，会有ψjt和ψjb，这两个参数不是真正的热阻，芯片厂家在测试ψjt和ψjb的方法非常接近实际器件的应用环境，所以可以用它来估算结温，也被业界所采用，而且可以看出，这两个参数是要比θja和θjc要小的，所以在同样的功耗下，用θja计算得出的结温是比实际的温度要偏大的。
ψjt，指的是junction to top of package，结到封装外壳的参数，计算公式为tj=tc+ψjt*pd，tc为芯片外壳温度。ψjb，指的是junction to board，结到pcb板的参数，计算公式为：tj=tb+ψjb*pd，tb为pcb板的温度。
ψjt和ψjb可被用来计算结温
热设计
热设计和emc问题一样，最好在前期就解决掉，不然后期整改很麻烦。设计前期考虑结构、pcb堆叠、布局、摆件等，后期考虑散热材料等方式。
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另一方面，芯片功耗指的是电器设备在单位时间中所消耗的能源的数量，单位为w，比如空调2000w等等。
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1、芯片内部到外壳和引脚的热阻——芯片固定的，无法改变。2、芯片引脚到pcb板的热阻——良好的焊接和pcb板决定。3、芯片外壳到空气的热阻——由散热器和芯片外围空间决定。半导体芯片热阻参数示意
ta为环境温度，tc为外壳表面温度，tj为结温。θja：结温（tj）与环境温度（ta）之间的热阻。θjc：结温（tj）与外壳表面温度（tc）之间的热阻。θca：外壳表面温度（tc）与环境温度（ta）之间的热阻。
热阻的计算公式为：θja =（tj-ta）/pd →tj=ta+θja*pd其中θja*pd为温升，也可以称之为发热量。
1、在热阻一定的情况下，功耗pd越小，温度越低。2、在功耗一定的情况下，热阻越小越好，热阻越小代表散热越好。
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同时使用tj=tc+θjc*pd这个公式，用红外摄像机测量出芯片外壳温度tc，然后算出tj也是不太准确的。 厂家给出θja和θjc可能更多是让我们评估芯片的热性能如何，用于和其他芯片比较。
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