熱阻抗

熱阻抗是指熱量在熱流路徑上遇到的阻力，反映介質或介質間的傳熱能力的大小，表明了 1W熱量所引起的溫升大小，單位為℃/W或K/W。

基本介紹

  • 中文名：熱阻抗
  • 外文名：thermal impedance
熱阻,絕對熱阻,類比模型,電阻類比的問題,熱阻抗,

熱阻

熱阻（thermal resistance）是一個和熱有關的性質，是指在有溫度差的情形下，物體抵抗傳熱的能力。熱導率越好的物體，熱阻通常會比較低。
  • （絕對）熱阻R，單位是K/W，是一特定物體的特性，例如散熱片就會標示其熱阻。
  • 比熱阻（Specific thermal resistance）Rλ，單位(K·m)/W，是材料特性。
  • 熱絕緣係數（Thermal insulance，在國際標準制下單位為(mK)/W，在英制下為(ft·°F·hr)/Btu。是一材料單位面積下的熱阻。若是在隔熱的套用上，會用隔熱R值來量測。

絕對熱阻

一物體的絕對熱阻是指在單位時間內當有單位熱能量通過物體時，物體兩端的溫度差。是熱導的倒數。其國際標準制單位為開爾文每瓦特或等效的攝氏度每瓦特（因為Δ1 K= Δ1 °C，上述二個單位是相等的）。
許多電子元件在工作時都會產生熱量，若溫度過高，元件可能會失效，因此需要加以冷卻，因此需考慮散熱裝置的絕對熱阻，讓元件有適當的散熱，避免溫度過高而失效的情形出現。

類比模型

電子工程師熟悉歐姆定律，因此在處理有關熱阻的計算時，常會用類似電路的方式來處理熱阻的問題。熱通量用電流來表示，溫度差用電壓表示，熱源可以用定電流源表示，絕對熱阻可以用電阻表示，而熱容可以用電容表示。
機械工程師和結構工程師比較熱悉胡克定律，所以也常會用胡克定律來類比熱阻相關的套用。
種類結構類比水力類比熱電子類比
量
...{\displaystyle ...}[...]
水的體積 m
熱量{\displaystyle Q}[J]
電荷{\displaystyle q}[C]
潛能
位移{\displaystyle X}[m]
壓強{\displaystyle P}[N/m]
溫度{\displaystyle T}[K=J/{\displaystyle k_{B}}]
電勢{\displaystyle V}[V=J/C]
通量
負載或是力{\displaystyle F}[N]
體積流率{\displaystyle Q}[m/s]
熱通量率{\displaystyle {\dot {Q}}}[W=J/s]
電流{\displaystyle I}[A=C/s]
通量密度
應力{\displaystyle \sigma }[N/m= Pa]
速度 [m/s]
熱通量{\displaystyle {\overrightarrow {q}}}[W/m]
電流密度{\displaystyle j}[C/(m·s) = A/m]
阻力
柔度{\displaystyle 1/k}[...]
流阻{\displaystyle R}[...]
熱阻{\displaystyle R}[...]
電阻{\displaystyle R}[Ω]
傳導率
剛度{\displaystyle k}[N/m]
熱導{\displaystyle 1/R}[W/(K·m)]
電導{\displaystyle 1/R}[...]
集成線性模型
胡克定律{\displaystyle \Delta X=F/k}
泊肅葉定律{\displaystyle \Delta P=QR}
牛頓冷卻律{\displaystyle \Delta T={\dot {Q}}R}
歐姆定律{\displaystyle \Delta V=IR}
分散線性模型
...{\displaystyle ...}
熱傳導{\displaystyle {\overrightarrow {q}}=-k{\nabla }T}
歐姆定律{\displaystyle \mathbf {J} =\sigma \mathbf {E} }

電阻類比的問題

Phillips的研究人員Clemens J. M. Lasance在2008年提出一份論文，其中提到：“雖然熱傳導（傅立葉定律）和電流的流動（歐姆定律）有類比關係，但熱傳率及電導率的物理特性使得熱傳導和電流的流動在一般情形下有些不同。……雖然兩者的微分方程是類似的，但在實務上，電阻和熱阻有顯著的不同。一個材料若是絕緣體，其電導率會比導體小20個數量級。但一個材料若是隔熱體，其導熱能力只比導熱體小3個數量級，大約只相關於高摻雜矽及低電摻雜矽的電導率比例”。

熱阻抗

用熱功耗乘以熱阻抗，即可獲得該傳熱路徑上的溫升。可以用一個簡單的類比來解釋熱阻抗的意義，換熱量相當於電流，溫差相當於電壓，則熱阻抗相當於電阻。
熱阻抗Rja：晶片的熱源結（junction）到周圍冷卻空氣（ambient）的總熱阻抗，乘以其發熱量即獲得器件溫升。
熱阻抗Rjc：晶片的熱源結到封裝外殼間的熱阻抗，乘以發熱量即獲得結與殼的溫差。
熱阻抗Rjb：晶片的結與PCB板間的熱阻抗，乘以通過單板導熱的散熱量即獲得結與單板間的溫差。

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