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在包含电子器件的产品设计中，热设计和热分析是一个重要的工作。

因为高温能引起电子产品的绝缘性能退化、元器件损坏、材料的热老化、低熔点焊缝开裂以及焊点脱落。

而温度也对元器件产生影响：一般而言，温度升高电阻阻值降低；高温会降低电容器的使用寿命；高温会使变压器、扼流圈绝缘材料的性能下降。

温度过高还会造成焊点合金结构的变化、焊点变脆，材料的机械强度降低；结温的升高会使晶体管的电流放大倍数迅速增加，导致集电极电流增加，又使结温进一步升高，最终导致元件失效。

控制产品内部所有电子器件的温度，使其在所处的工作环境条件下不超过标准及规范所规定的最高温度。最高允许温度的计算应以元器件的应力分析为基础,并且与产品的可靠性要求以及分配给每一个元器件的失效率相一致。以上则是热设计的目的。

为了更好地理解热设计，有必要先了解和掌握与传热和流体力学有关的热分析理论的基本原理。

传热的方法被总结为基本的三种：热传导、热对流和热辐射，然而在实际的项目产品应用环境中，一般存在着不止一种的传热方法，而是随机地组合了两种或三种传热方式。

本文将先介绍下热传导的基本理论知识。

01.

热传导基础原理

热传导是指物体自身或物体之间，由于温度存在差异性所产生的热量传递的过程。从微观的角度来看，构成物体的分子和原子或电子的热运动以内部能量的形式互相撞击，并进行传递，从而构成了物体的热传导。如下图：

当加热一根金属的棒材一端时，热量将会逐步传递到另一端。

加热金属时，颗粒振动，这些振动使相邻的颗粒振动，依此类推，振动沿着金属传递，热量也是如此。我们称之为热传导。

金属原子的外层电子漂移，可以自由移动。

当金属被加热时，这个“电子海洋”将获得动能，并将其转移到整个金属中。

绝缘体由于没有这种“电子海洋”，这就是它们导热不如金属的原因。

金属是导体，木材是绝缘体。金属会将热量从您的手上带走。木头不会像金属那样将热量从您的手上带走，因此木头感觉比金属更暖和。

02.

热传导数学表达式

基于傅里叶定律，热传导的数学表达式可以被表示为：

Φ—传导的热量，W；其中Q=∂q/∂T;(q:每单位体积产生的热量，T:时间）

K—材料导热系数，W/(mK)；

A—换热面积(与导热方向垂直)；

∂t—温度差值，℃或K；

∂n—传导距离，m。

通过上述的公式可以看出，材料的导热系数或传导率越高，传导的热量就越多；换热面积越大，传导的热量就越多；但是如果传导的路径越长，传导的热量也就越少。

03.

热阻的等效电路模型

热阻的概念通过考虑类似于电特性的欧姆定律，提供了傅里叶定律的替代方案。

以下类比是在热性能和电性能之间进行的：

∆t温度差类似于压降，V；

Q热量类似于电流，I；

Rth热阻类似于电阻，R；

K热导率类似于电阻率，σ；

因此，∆t=QRth,皆可以类比于V=IR。

下面列举三种连接形式的等效电路，加以说明：

其中L为导体长度，A为导体横截面积，K为导热率，R为热阻。

最后的话

今天给大家分享了关于热传递的一种方式：热传导。

并讲解了热传导的基本现象和原理。

然后我们又解释了下热传导的数学表达式，并和电子的欧姆定律类比，从而更好地能够理解热阻的概念。

并介绍了常见的三种连接形式下的热阻和热量计算公式。

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