热分析计算器
理解热管理
1. 热基础
适当的热管理对半导体的可靠性和性能至关重要。热量从结点通过各种热阻流向环境。
- 结温 (Tj)
- 壳温 (Tc)
- 散热器温度 (Ts)
- 环境温度 (Ta)
2. 热能计算
如何在不同场景下计算热能：
| 能量类型 | 公式 | 单位 |
|---|---|---|
| 温度计算 | Q = m × c × ΔT | 焦耳 (J) |
| 动能计算 | Q = KE × 效率 | 焦耳 (J) |
3. 热阻
热阻表示对热流的阻力：
Tj = Ta + (P × θja)
θja = θjc + θcs + θsa
其中：
- θja: 结点到环境
- θjc: 结点到外壳
- θcs: 外壳到散热器
- θsa: 散热器到环境
6. 热膨胀分析
计算��同材料的热膨胀：
ΔL = α × L × ΔT
- α: 线性膨胀系数
- L: 原始长度
- ΔT: 温度变化
材料系数：
- 钢: 11-13 × 10⁻⁶/°C
- 铝: 23-24 × 10⁻⁶/°C
- 铜: 16-17 × 10⁻⁶/°C
- 玻璃: 8-9 × 10⁻⁶/°C
7. 热平衡
如何计算热平衡温度：
| 系统类型 | 公式 | 示例 |
|---|---|---|
| 两体系统 | Tf = (m₁c₁T₁ + m₂c₂T₂)/(m₁c₁ + m₂c₂) | 金属-水系统 |
| 多体系统 | Tf = Σ(mᵢcᵢTᵢ)/Σ(mᵢcᵢ) | 复杂系统 |
8. 热效率
如何计算不同系统的热效率：
| 系统类型 | 公式 | 典型范围 |
|---|---|---|
| 热机 | η = (Qh - Qc)/Qh | 30-60% |
| 朗肯循环 | η = Wnet/Qin | 35-45% |
9. 热边界层
计算热边界层厚度：
层流：
δt = 5x/√(Rex × Pr)
- Rex: 雷诺数
- Pr: 普朗特数
- x: 距离前缘距离
关键参数：
- 流速
- 流体特性
- 表面温度
- 换热系数
10. 热时间常数
理解热响应时间：
| 参数 | 公式 | 应用 |
|---|---|---|
| 时间常数 | τ = R × C | 瞬态响应 |
| 温度上升 | T(t) = Tf(1 - e^(-t/τ)) | 动态行为 |
11. 热应力分析
如何计算材料中的热应力：
| 参数 | 公式 | 考虑因素 |
|---|---|---|
| 热应力 | σ = E × α × ΔT | 材料特性 |
| 应变能 | U = (σ²/2E) × V | 体积效应 |
12. PCB热设计
PCB热计算和考虑因素：
过孔热阻：
Rth = L/(k × A × N)
- N: 过孔数量
- A: 过孔横截面
- k: 铜导热率
热隔离设计：
- 连接臂宽度计算
- 气隙间距
- 铜厚
- 连接角度
13. 热噪声计算
理解电子系统中的热噪声：
| 参数 | 公式 | 说明 |
|---|---|---|
| 噪声电压 | Vn = √(4kTRB) | 约翰逊噪声 |
| 噪声功率 | Pn = kTB | 可用功率 |
8. 设计指南
热设计最佳实践：
- 温度裕度（通常20%）
- 温度功率降额
- 适当的元件间距
- 气流优化
- 热测量点
- 最坏情况分析
快速参考
典型值
θjc: 0.5-5°C/W
θcs: 0.2-1°C/W
θsa: 1-50°C/W
Tj(max): 125-150°C
导热材料
硅胶: 0.7-3.0 W/m·K
金属氧化物: 3-8 W/m·K
液态金属: 40-80 W/m·K
设计技巧
- • 使用合适的导热材料
- • 确保良好的表面接触
- • 考虑气流方向
- • 监控关键点
- • 添加温度传感器
- • 规划维护