100J的能量可使100g水的温度升高约0.24℃。这并不是通过升高水的温度花费了100J的能量。而是在水中作为热能保存了起来。
能量既不会凭空消逝，也绝不会凭空产生。这便是最主要“能量守恒定律”。
℃是温度单位。温度是指像能量密度一样的物理量。它只不过是根据能量的多少表现出来的一种征象。纵然能量相同，如果集中在一个狭窄的空间内，温度就会升高，而大范围分散时，温度就会降落。
电子产品接通电源后一段韶光内，多数转换的热能会被用于提高装置自身的温度，而排出的能量仅为少数。之后，装置温度升高一定程度时，输入的能量与排出的能量必定同等。否则温度便会无止境上升。
热量的通报有导热，对流换热及辐射换热三种办法。在终端设备散
热过程中，这三种办法都有发生。三种传热办法通报的热量分别由以下
公式打算
个中λ、α 、ε分别为导热系数，对流换热系数及表面的发射率，A是
换热面积。
热设计的目的：
采取适当可靠的方法掌握产品内部所有电子元器件的温度，使其所处的事情环境条件下不超过稳定运行哀求的最高温度，以担保产品正常运行的安全性，长期运行的可靠性。
耗散的热量决定了温升，因此也决定了给定器件的温度；
热量以导热，对流及辐射通报出去，每种形式通报的热量与其热阻成反比；
热量、热阻和温度是设计中的主要参数。
温升：元器件温度与环境温度的差
热耗：元器件正常运行时产生的热量。热耗不等同于功耗。
热流密度：单位面积上的传热量，单位W/m。l热阻：热量在热流路径上碰着的阻力，反响介质或介质间的传热能力大小。
Rja，元器件的热源构造(junction)到周围冷却空气(ambient)的总热阻。
Rjc，元器件的热源结到封装外壳间的热阻。
Rjb，元器件的结与PCB板间的热阻。
常见的散热办法：
自然对流换热
通过自然对流的办法冷却，不必利用风扇，紧张通过空气受热膨胀产生的浮升力使空气不断流过发热表面，实现散热。这种换热办法不须要任何赞助设备，本钱低。
强制对流换热－风扇冷却
紧张有吹风与抽风两种办法
为什么要关注“热设计”？
器件极限温度承受能力是高压线，超过后失落效率剧增，利用中不许可超过。在极限温度以内，器件失落效率与温度仍旧强干系，失落效率随着温度升高而增加。
是否存在一个安全温度点，只要不超过这个温度点，失落效率与温度就不密切？
理论与实际表明，多数情形下不存在这样的温度点。
1、热量通报的三种基本办法
导热
物体各部分之间不发生相对位移时，依赖分子、原子及自由电子等微不雅观粒子的热运动而产生的热量称为导热。例如，固体内部的热量通报和不同固体通过打仗面的热量通报都是导热征象。芯片向壳体外部通报热量紧张便是通过导热。
导热过程中通报的热量按照Fourier导热定律打算：
傅立叶定律是法国著名科学家傅立叶在1822年提出的一条热力学定律。该定律指在导热过程中，单位韶光内通过给定截面的导热量，正比于垂直于该截面方向上的温度变革率和截面面积，而热量通报的方向则与温度升高的方向相反。
傅立叶定律是热传导的根本。它并不是由热力学第一定律导出的数学表达式，而是基于实验结果的归纳总结，是一个履历公式。同时，傅立叶定律是定义材料的一个关键物性，热导率的一个表达式。
其余，如上所述，傅立叶定律是一个向量表达式。热流密度是垂直于等温面的，并且是沿着温度降落的方向。傅立叶定律适用于所有物质，不管它处于什么状态（固体、液体或者气体）。
一样平常说，固体的导热系数大于液体，液体的大于气体。例如：常温下纯铜的导热系数高达400 W/(m℃） ，纯铝的导热系数为236W/(m℃），水的导热系数为0.6 W/(m℃），而空气仅为0.025W/(m℃）旁边。铝的导热系数高且密度低，以是散热器基本都采取铝合金加工，但在一些大功率芯片散热中，为了提升散热性能，常采取铝散热器嵌铜块或者铜散热器。
对流换热
对流换热是指运动着的流体流经温度与之不同的固体表面时与固体表面之间发生的热量交流过程，这是通信设备散热中中运用最广的一种换热办法。根据流动的起因不同，对流换热可以分为逼迫对流换热和自然对流换热两类。前者是由于泵、风机或其他外部动力源所造成的，而后者常日是由于流体自身温度场的不屈均性造成不屈均的密度场，由此产生的浮升力成为运动的动力。机柜中常日采取的风扇冷却散热便是最范例的逼迫对流换热。在终端产品中紧张是自然对流换热。自然对飘泊热分为大空间自然对流（例如终端外壳和外界空气间的换热）和有限空间自然对流（例如终端内的单板和终端内的空气）。值得把稳的是，当终端外壳与单板的间隔小于一定值时，就无法形整天然对流，例如手机的单板与外壳之间就只因此空气为介质的热传导。
对流换热的热量按照牛顿冷却定律打算
热辐射
塑料外壳表面喷漆，PWB表面会涂敷绿油，表面黑度都可以达到0.8，这些都有利于辐射散热。对付金属外壳，可以进行一些表面处理来提高黑度，强化散热。对辐射散热一个最大缺点认识因此为玄色可以强化热辐射，常日散热器表面玄色处理也助长了这种认识。实际上物体温度低于1800℃时，故意义的热辐射波长位于0.38~100μm之间，且大部分能量位于红外波段0.76~20μm范围内，在可见光波段内，热辐射能量比重并不大。颜色只与可见光接管干系，与红外辐射无关，夏天人们穿浅色的衣服降落太阳光中的可见光辐射接管。因此终端内部可以随意涂敷各种颜色的漆。
2、热阻的观点
对导热和对流换热的公式进行变换：
热量通报过程中，温度差是过程的动力，好象电学中的电压，换热量是被通报的量，彷佛电学中的电流，因而上式中的分母可以用电学中的电阻观点来理解成导热过程的阻力，称为热阻（thermal resistance），单位为℃/W, 其物理意义便是通报1W 的热量须要多少度温差。在热设计中将热阻标记为R或θ。δ/(λA)是导热热阻， 1/αA是对流换热热阻。器件的资料中一样平常都会供应器件的Rjc和Rja热阻，Rjc是器件的结到壳的导热热阻；Rja是器件的结到壳导热热阻和壳与外界环境的对流换热热阻之和。这些热阻参数可以根据实验测试得到，也可以根据详细的器件内部构造打算得到。根据这些热阻参数和器件的热耗，就可以打算得到器件的结温。
下图形象地表达了欧姆定律，类比欧姆定律，热差类比于电压，热阻类比于电阻，热耗类比于电流。
两个名义上相打仗的固体表面，实际上打仗仅发生在一些离散的面积元上，如右图所示，在未打仗的界面之间的间隙中常充满了空气，热量将以导热和辐射的办法穿过该间隙层，与空想中真正完备打仗比较，这种附加的热通报阻力称为打仗热阻。降落打仗热阻的方法紧张是增加打仗压力和增加界面材料（如硅脂）添补界面间的空气。在涉及热传导时，一定不能忽略打仗热阻的影响，须要根据运用情形选择得当的导热界面材料，如导热脂、导热膜、导热垫等。
二、器件热特性
1、认识器件热阻
JEDEC芯片封装的热性能参数：
热阻参数
θja，结（即芯片）到空气环境的热阻：θja=(Tj-Ta)/P
θjc，结（即芯片）到封装外壳的热阻：θjc=(Tj-Tc)/P
θjb，结（即芯片）到PCB的热阻：θjb=(Tj-Tb)/P
热性能参数
ψjt，结到封装顶部的热参数：ψjt =(Tj-Tt)/P
ψjb，结到封装底部的热参数：ψjb =(Tj-Tb)/P
Tj——芯片结温，℃
Ta——空气环境温度，℃
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度量(Figure of Merit)，并非Application-specific，θja的精确的运用只能是芯片封装的热性能品质参数（用于性能好坏等级的比较），不能运用于实际测试/剖析中的结温估量剖析。从90年代起，相对付θja人们更须要对实际工程师估量芯片温度有代价的热参数。适应此哀求而涌现三个新参数：θjb 、ψjt和ψjb 。
ψjb可适当的利用于热剖析中的结温剖析
ψjt可适当利用于实际产品热测试中的结温估量。
θjc是结到封装表面离结最近点的热阻值。
θjc丈量中设法使得热流“全部”由封装外壳通过。
ψjt与θjc完备不同，并非是器件的热阻值，只是个数学布局物，只是结
到TOP的热特色参数，由于不是所有热量都是通过封装顶部散出的。
实际运用中， ψjt对付由芯片封装上表面测试温度来估计结温有有限的
参考代价。
θjb :用来比较装于板上表面安装芯片封装热性能的品质参数(Figure
of Merit)，针对的是2s2p PCB，不适用板上有不屈均热流的芯片封装。
θjb与ψjb有实质差异， θjb ＞ ψjb 。与ψjt同理， ψjb为结到PCB的
热特色参数。
不同封装的热特性
2、范例器件封装散热特性
普通SOP封装散热性能很差，影响SOP封装散热的成分分外因和内因，个中内因是影响SOP散热的关键。影响散热的外因是器件管脚与PWB的传热热阻和器件上表面与环境的对飘泊热热阻。内因源于SOP封装本身很高传热热阻。SOP封装散热紧张通过三个路子：
1)die的热量通过封装材料（mold compound）传导到器件上表面然后对飘泊热，低导热的封装材料影响传热。
2)die热量通过pad、封装材料和器件底面与PWB之间的空气层后，递到PWB散热，低导热的封装材料和空气层影响传热 。
3)die热量通过lead Frame通报到PWB，lead frame和die之间是极细的键合线（golden wire），因此die和leadframe之间存在很大的导热热阻，限定了管脚散热。
该封装的特点是die采取cavity up办法支配，pad从封装底部外露，并焊接
在PWB表面；或者在pad底部粘结一个金属块，该金属块外露于封装底部，并焊接在PWB表面。die的热量通过金属直接通报到PWB上，肃清了原来的封装材料和空气层的热阻。
该封装相称与把底部增强散热型SOP封装颠倒过来贴装到单板上。由于袒露在芯片上表面的pad面积很小，除了起到均匀die温度的浸染外，实际直接散热的性能很差，一样平常还须要与散热器结合来强化散热。如果芯片表面不安装散热器，该金属pad的紧张浸染是把die传来的热量扩展开来，再通报给芯片内部的管脚，末了通过管脚把热量通报给PWB散热，金属pad起到缩短die和管脚间传热热阻的浸染。
影响PBGA Rjc和Rja热阻的成分有很多，从主要程度看依次是：
1）thermal ball的个数
2）die的尺寸
3）substrate的构造，包括铜皮层数，铜皮厚度
4）die attachment 材料的导热系数
5）gold wire的直径
6）PWB上导热过孔的数量。
个中，前5个成分与器件本身的设计干系，成分6与PWB设计干系
一些PBGA芯片在表面贴铜块强化散热，由于mold的导热系数很低，该金属封装表面仍为赞助散热，关键散热路径仍在封装的底部。
须要理解器件内部的封装构造选择散热方案！
热量通报办法：
Die的热量通报给上表面的铜块，部分热量通过铜块通报到环境中；其余部分
热量通过铜块依次通报给芯片的基板、焊球、PCB后，通过PCB散热。
当FC－BGA封装热耗在1～6W时，可以采取直接强制对飘泊热，Rja的范围在8～12℃/W；当热耗在4～10W时，须要加散热器强化散热，Rja的范围在5～10℃/W；当热耗为8～25W时，须要高真个散热器合营得当的风道来进行强化散热。
TO器件的散热每每须要较大的的铜皮，那么对付面积紧张的单板如何来实现？
按主要程度依次为：
1）过孔
2）单板的层构造（地层或者电源层的位置）
3）地层或者电源层的铜皮厚度
4）焊盘厚度
对付电子设备来说，事情时都会产生一定的热量，从而使设备内部温度迅速上升，如果不及时将该热量散发出去，设备就会持续的升温，器件就会因过热而失落效，电子设备的可靠性能就会低落。因此，对电路板进行很好的散热处理是非常主要的。
加散热铜箔和采取大面积电源地铜箔。
根据上图可以看到：连接铜皮的面积越大，结温越低
根据上图，可以看出，覆铜面积越大，结温越低。
热过孔
热过孔能有效的降落器件结温，提高单板厚度方向温度的均匀性，为在 PCB 背面采纳其他散热办法供应了可能。通过仿真创造，与无热过孔比较，在器件热功耗为 2.5W 、间距 1mm 、中央设计 6x6 的热过孔能使结温降落 4.8°C 旁边，而 PCB 的顶面与底面的温差由原来的 21°C 减低到 5°C 。热过孔阵列改为 4x4 后，器件的结温与 6x6 比较升高了 2.2°C ，值得关注。
IC背面露铜，减小铜皮与空气之间的热阻
3、单板器件的散热点路
好的电路板板散热方案必须针对器件的散热特性进行设计
THD器件的管脚数量少，焊接后封装也不紧贴单板，与单板的热关联性很小，该类器件的热量都是通过器件表面散到环境中。因此早期的器件散热研究
比较看重于器件表面的空气流动，以期得到比较高的器件表面对流换热系数。
SMD器件集成度高，热耗也大，是散热关注的重点。该类器件的管脚/焊球数量多，焊接后封装也紧贴单板，与单板建立起紧密的换热联系，散热方案必须从单板整体散热的角度进行剖析。SMD器件针对散热需求也涌现了多种强化散热的封装，这些封装的种类繁多，但从散热角度进行归纳分类，以引脚封装和焊球封装最为范例，其它封装的散热特性可以参考这两种类推。
PGA类的针状管脚器件基本忽略单板散热，以表面散热为主，例如CPU等。
部分内容整理自“百度文库”的《华为单板热设计培训教材》
部分内容来自硬十的第二本书《硬件十万个为什么——开拓流程篇》
