任何热解决方案的目标是确保设备的工作温度不超过制造商定义的安全极限。在电子工业中，这种工作温度被称为处理器中的“结温”，例如，这个术语字面上指的是将电能转换为热能的半导体结。

　　为了维持操作，热量必须以这样的速率从半导体中流出，以确保可接受的结温。这种热流在整个器件包的交界处移动时会遇到阻力，很像电子通过导线时的电阻。在热力学术语中，这种电阻称为传导电阻，由几个部分组成。从结，热量可以流向组件的情况下，在那里可以找到一个散热器。这是被称为ΘJC，或结到外壳的热阻。热量也可以从元件的顶部表面流入板中。这是被称为连接板的阻力，或ΘJB。

　　ΘJB定义为温度差之间的连接和板除以功率的热路径时从连接板。测量ΘJB，该设备顶部绝缘和冷板连接到板的边缘(图1)。这是真正的热阻，这是该设备的特点。唯一的问题是，在实际应用中，不知道从不同路径传输的功率是多少。

　　环式冷板RΘJB图像

　　图1：一个环式冷板RΘJB 2剖面图。

　　ΨJB是测量的温度差当多个传热路径的使用，如两侧和顶部的组成以及董事会。这些多条路径在实际系统中是固有的，必须谨慎使用测量。

　　由于元件内有多个热传导通路，所以不能用单一电阻精确计算结温。从结到周围的热阻必须进一步分解到电阻网络中，以提高结温预测的准确性。图2显示了一个简化的电阻网络。

　　结至周围电阻网络的图像

　　图2：结对周围电阻网络。1。

　　先前的研究工作做细木工等。1相关ΘJMA板温度(见公式1)。的ΘJMA是整体从热阻环境时，热传递路径进行评估。在这种情况下，ΘCA是由散热器的热阻为代表，以及设备和接收器之间的界面电阻。

　　表1列出了典型BGA组件的JEDEC参数。这些用于下面的示例计算：

　　ΘJMA =结运动空气的热阻

　　ΘJB =结板的热阻

　　ΘJC =结点到外壳的热阻

　　ΘCA =个案到环境的热阻

　　板温升

　　方程式1(1)

　　参数描述值单位

　　ΘJC热阻—

　　连接至外壳0.45°C / W

　　ΘJB热阻—

　　连接至2.6°C / W

　　热设计功率20 W

　　Tj Maximum结温105°C

　　表1：典型的热包装规范

　　随着电路板布局变得越来越密集，有必要设计最优化的热解决方案，使用尽可能少的空间。简单的说，没有缘允许超过设计的元件间距的散热片。板耦合效应的计算是该优化的重要组成部分。只有在考虑到结热传递路径的情况下，才可能使用过大的散热器。

　　为了确保在55°C环境下的105°C结温，一个典型的组件(见表1)需要一个2.05°C / W的散热器电阻(如果我们忽略了板导)。当考虑板状导热时，假设板的温度与空气温度相同，实际结温可低至74°C。这表明散热片比必要的要大。

　　从这个例子中，很明显，必须考虑组件结的所有传热路径。仅仅使用ΘJCΘCA值会导致比最佳的散热器，可能无法准确地预测工作结温。当实验中知道板温时，使用所提出的相关性也可以预测结温，如图3所示。

　　板温升高对结温的影响

　　图3：板温升高对结温的影响。

　　当有多个组件时，情况会变得复杂得多，而不仅仅是主板上的一个组件。通过PCB，元件之间的传导耦合，以及组件和相邻卡之间的辐射和对流耦合。图4显示了一个具有两个组件的简单pcb。这两个组件的功率耗散被假定为P1和P2，并且假定我们可以忽略辐射热传递。在每个设备的电路板温度TB1和TB2，分别。我们还认为，在董事会的两个组件之间的横向阻力是θB1B2。

　　PCB两元件示意图

　　图4：带有两个组件的PCB的简单示意图。

　　具有两个组件的pcb电阻网络的图像

　　图5：具有两个组件的pcb的简单电阻网络。

　　应用能量平衡节点J1、J2、B1和B2：

　　方程式2(2)

　　方程式3(3)

　　方程式4(4)

　　方程式5(5)

　　有四个方程，四个未知数：TJ1、TJ2。TB1和TB2。未知数可以通过求解联立方程来确定。这个简单的例子表明，通过导电路径耦合两个组件，它变得更加复杂，找到结温。在实际应用中，当遇到多个组件和多个不同传导平面的PCB时，情况要复杂得多，它们都是通过传导、对流和辐射相互作用的。

　　为了获得合理的答案，设计者必须使用合理的工程判断来逼近不同部件之间的耦合。这可以通过以下方法实现：

　　方法1：使用控制体积法或电阻网络模型的分析模型。这种方法需要的问题简单化;否则，溶液变得非常复杂和不切实际。

　　一个简化的几何CFD方法2使用，如guenin [ 4 ]描述。这种方法表明，一个等效的表面积为一个组件被发现为：

　　方程式6(6)

　　其中一个是对componentn等效面积，是Pn的componentn功耗，PTotal是总功耗和ATotal是PCB的表面总面积。在计算等效占用面积后，可以利用CFD模拟一个具有占用面积和功耗为1瓦的简单PCB。这种方法能有效地计算出板的温度和周围环境之间的差异(θBA)为一个1瓦的功耗。图6显示了CFD模拟一个这样的组件，如图7所示的θBA作为PCB尺寸函数。图7可以简单地通过计算其有效面积确定其它元件的θBA。假定所有组件具有相同的占用空间大小。

　　PCB上单个元件的CFD模拟图像

 

　　图6：PCB上单个元件的CFD模拟[ 4 ]。

　　对ΘBa分布作为PCB尺寸函数图像

　　图7：ΘBa分布作为PCB尺寸4功能。

　　板的温度可以被计算为：

　　方程式7(7)

　　结温可以计算为：

　　方程式8(8)

　　在ψJB是表征参数。

　　方法3 -测量板温度，TB，实验，如果PCB是可用的，并使用方程8找到结温。同样，这是一个近似值，因为设备耦合到PCB的条件可能与使用JEDEC测试板完全不同。