By Team Sigrity, Cadence
在本系列的第一篇中，我們將討論什麼是熱量和溫度，並將這些概念與歐姆定律連繫起來。第二篇將介紹三種基本的傳熱模式並討論熱阻問題。最後兩篇裡，我們會將熱阻概念應用於一個實例，並討論一些電子工程師可以使用的冷卻電子產品的技術。
首先，我們需要搞清楚「什麼是熱量、什麼是溫度？」它們是同一個概念嗎？
答案是 No！熱量和溫度是不同的概念。熱量實際上是一種能量形式，也稱為熱能，它來自原子或分子的運動。與其他類型的能量一樣，熱量具有 SI 單位，即焦耳 [J]：
其中 kg 是千克，m 是米，s 是秒，N 是牛頓，W 是瓦特，C 是庫侖，V 是伏特。其他熱能單位包括卡路里等英國熱量單位（BTU），但我們將使用 SI 單位來表示熱量，在數學上用符號 Q 表示。重要的是要記住熱量是一種能量形式，而熱流(我們稍後將提到)，是熱能相對於時間的流動，也就是我們電子工程師常說的功耗。
另一方面，溫度是物體中粒子運動的量度，並且與物體中的平均能量成比例。從更實際的角度來看，溫度告訴我們物體的冷熱度；對於給定的材料和品質，它告訴我們其具有的熱能量。例如，物體越熱，其溫度越高，因而它的熱能就越大。溫度的 SI 單位是凱爾文 [K]，它與攝氏的關係是 -273.15°C=0K 。我們將交替使用這兩種溫標，並用字母 T 來表示溫度。
現在讓我們來看看電域和熱域之間的二元性，我們曾在之前的部落格文章「 封裝 / PCB 系統的熱分析：挑戰及對策 」中就此進行過簡要地討論。下面的圖表顯示了兩個域之間的基本關係：
圖：電域（左）和熱域（右）之間的基本關係
表：電域（左）和熱域（右）之間的基本關係
Jean-Baptiste Joseph Fourier，就是那位我們從傅立葉級數和變換中認識的傅立葉，觀察到了熱傳導的歐姆定律關係。如果我們在導體的兩個點之間施加溫度差，熱流或能量傳遞則將以與這兩個點之間的熱阻成反比的速率從高溫點流到低溫點。這種通過導體的熱流在我們電機工程領域裡被稱為功耗。熱域和電域之間的連繫是功耗以及電路的物理材料和幾何特性。
兩個域之間的另一個類似概念則是電容。在熱域中，熱容量、熱品質或熱容是衡量材料存儲或釋放熱量的屬性，就像電容存儲或釋放電荷一樣。熱電容可阻止由於物體的溫度變化而導致的快速波動，它是材料的品質和比熱的函數，也可以與物體的體積相關。同樣，像電容一樣，熱容可被用作濾波器來過濾溫度變化的快速波動。
我們討論了電域和熱域之間的許多相似之處，一些關鍵差異則更要引起重視：
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在電域中，電流被限制在特定電路元件內流動；但在熱域中，熱流透過三種熱傳導機制中的任何一種或全部從熱源發出三維：傳導、對流 和 輻射 |
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元件之間的熱耦合比電耦合更加突出且難以分離 |
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熱時間常數比電時間常數大得多，從而導致其反應速度慢; 這意味著 PCB 可能需要幾秒鐘才能加熱或冷卻 |
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測量工具不同。 對於熱分析，紅外熱像儀和熱電偶取代了示波器和電壓探頭 |
三種熱傳輸機制
今天的文章就到這裡，下一篇將討論三種不同類型的熱傳輸機制，以及我們如何使用等效熱阻來近似模擬這些機制。在第三篇中，我們將使用這些熱阻來建立熱網路，從而有效地分析系統的傳熱和溫度特性。最後一篇我們將介紹冷卻技術。
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