散熱片
散熱片是被動熱傳輸器件。在將熱量從 IC 封裝傳遞到周圍環境時，其熱阻遠小於由熱對流和熱輻射引起的從封裝到環境的並聯熱阻。為了使散熱片起作用，其等效熱阻必須滿足如下方程式：
其中
是散熱片的有效熱阻，
是熱對流引起的封裝頂部的熱阻，
是熱輻射引起的封裝頂部的熱阻。
圖 1. N-fin 散熱片的熱阻模型，其中 TIM 連接到封裝頂部
圖 1 顯示了 N-fin 散熱片的熱阻模型 (N 是 Fin 的數量) ，其中熱介面材料 (TIM) 連接到封裝的頂部。我們需要 TIM 來改善封裝和散熱片之間的接觸，因此散熱片的有效熱阻需要包括 TIM 的熱阻。從 熱管理基礎第三篇 的內容中，我們可以得知：
這表明有效電阻等於 TIM 的電阻加上散熱片底部的電阻和 N-fin 的並聯電阻。 如果我們假設每個散熱片電阻相等，那麼方程式可以進一步簡化為：
散熱片的等效電阻約等於 TIM 的電阻加上散熱器底部的電阻，以及散熱片的電阻除以數量 N。由於散熱片的面積可以大於封裝的頂部表面區域，其熱對流和熱輻射電阻可以小於封裝頂部表面的熱對流和熱輻射電阻。此外，若該電阻除以散熱片 Fin 的數量，則可以達到 N 倍的改善。然而，對於給定的散熱片基板區域，當增加的 Fin 高於一定數量時，最終卻會導致每個 Fin 的熱阻增加：這是由於散熱片開始接近彼此而降低了有效傳熱係數的緣故。而正因為這些熱阻直接增加了散熱片的有效熱阻，要想提高散熱片的整體性能，為散熱片和 TIM 選擇高導熱材料便十分重要。
散熱器
冷卻電子系統的另一種技術是使用熱過孔和散熱器將更多的熱量從 IC 傳播到 PCB 的背面。放置在 IC 下方的散熱孔可以顯著降低 PCB 的導熱電阻，並有助於將熱量引導到放置在 PCB 底部的散熱板上。散熱器由高導熱材料（如石墨）製成，並具有較大的表面積以改善散熱問題。
風扇
當使用被動散熱片或散熱器不足以消除熱量時，消費電子系統如桌上型電腦、筆記型電腦、投影機等還可以採用電子風扇來進行散熱。風扇使用電動機並且需要電力來主動地在系統周圍移動氣流以消除熱量。這可能會導致音訊雜訊，因此在選擇風扇時需要考慮雜訊和可靠性問題。當下的許多風扇都可以使用脈衝寬度調製 (PWM) 信號控制速度，因此您可以設計一個熱管理系統，實現根據系統溫度動態調整風扇速度。
散熱管
散熱管是一種傳熱裝置，它利用導熱和相變的原理在固體元件之間傳遞熱量。散熱管的相變通常是指液體在蒸發端達到沸點汽化而作為氣體傳播到管道中，再在其到達冷端時冷凝釋放出熱量之後，液體又通過毛細作用流回到蒸發端的過程。在將熱量從蒸發端傳遞到冷凝端的運動中，這個過程會不斷迴圈重複。散熱管也廣泛應用於消費電子系統，如電腦、平板電腦和智慧手機領域。
動態節流
最後，作為電子工程師，我們確實可以使用各種功率節流技術來控制系統的功耗，但這樣通常會降低系統性能。我們的目標是在盡可能權衡性能的情況下，使客戶獲得最佳的使用者體驗。現在許多電子系統在整個 PCB 中採用熱感測器，從而使板載處理器可以監控系統中的溫度，並在溫度升高時做出動態節流決策。作為電子工程師，我們自然非常瞭解系統的各種功率曲線，我們可以透過打開風扇、減少功能、禁用系統的不同部分、或在系統溫度達到不同溫度閾值時限制時鐘速度以達到我們的期望。
感謝您閱讀我們的「 針對電子工程師的熱管理基礎 」系列文章，並與我們交流熱管理方面的知識和經驗。我們相信在不久的將來會出現更高功率的電子設備，因而電子工程師將在產品的熱管理設計中發揮更加關鍵的作用。 Cadence® 的 Sigrity™ PowerDC™ 模擬工具，擁有可靠的電/熱協同模擬技術，多年來一直廣泛用於封裝和PCB板的設計、分析和簽收領域。PowerDC 使電子工程師能夠透過快速準確的 IC 封裝和 PCB 熱分析來擴展電源完整性的分析範圍。它包括了集成的電 / 熱協同模擬環境，涵蓋了在較高溫度下電阻增加效應的影響，從而幫助您確認設計是否滿足規定的直流電壓和溫度裕量。
譯文授權轉載出處
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