随着對更小，更快和更高功率器件的持續工業趨勢，熱管理變得越來越重要。不僅裝置趨向于小型化，而且安裝在其上的電路闆也在縮小。将器件單元盡可能靠近地放置在更小的闆上有助于降低整個系統尺寸和成本，并提高電氣性能。這些改善當然很重要，但從熱的角度來看，在減小尺寸的同時提高功率會帶來更多的散熱挑戰。正是這種“功率密度”的提高推動了業界對熱管理的高度重視。
為了幫助闆級和系統級設計人員，晶片廠家會産品資料表中提供标準化的熱阻資料，最常見的是Theta-JA。本文内容有助于了解和使用這些熱阻或“theta”。同時還讨論了稱為“psi”的幾個熱特性參數。
熱阻的概念
表征封裝器件的熱性能的常見方法是用“熱阻”表示，用希臘字母“θ (theta)”或字母R（本文中用θ）表示。對于半導體器件，熱阻表示在晶片表面耗散的熱量對晶片結溫的穩态溫度的上升。其機關為℃/W。
最常見的例子是Theta-JA（結到環境熱阻），Theta-JC（結到殼熱阻）和Theta-JB（結到闆熱阻）。當知道參考（即環境，箱子或闆）溫度，功耗以及相關的θ值時，可以計算結溫。Theta-JA通常用于安裝在環氧基PCB上的部件的自然和強制對流空氣冷卻系統。當封裝具有直接安裝到PCB或散熱器的高導熱封裝時，Theta-JC非常有用。而Theta-JB則适用于與封裝相鄰的闆的溫度已知時的應用場景。
除了這些Theta熱阻之外，psi-JB（結到闆）和psi-JT（結到頂部）熱特性參數有時也是比較有用的。對于在闆上通電的器件，這些psi資訊顯示圖結溫和電路闆溫度或“封裝頂部”溫度之間的相關性。術語“psi”用于将它們與“θ”熱阻區分開，因為θ不是所有的熱實際上在溫度測量點與psi之間流動。由于這個原因，是以它們不是真正的熱阻，而是熱特性參數。
相關術語
•TJ = 結溫，℃
•TC = 封裝殼溫，℃
•TB =與封裝相鄰的闆溫度，℃
•TT =包裝頂部溫度中心，℃
•TA =環境空氣溫度，℃
•θJA（Theta-JA）=熱阻結到環境溫度，℃/W
•θJC（Theta-JC）=熱阻結至外殼，℃/W
•θJB（Theta-JB）=熱阻結對闆，℃/ W
•ΨJB（Psi-JB）=結到闆表征參數，℃/ W
•ΨJT（Psi-JT）=結到封裝）特性參數，℃/W
•P =器件消耗的功率，W
θJA
定義：θJA=（TJ-TA）/ P
θJA=結點到環境的熱阻，℃ / W
TJ =結點溫度，℃
TA =環境空氣溫度，℃
P =器件功耗，W
示例：為了确定theta-JA，所需的實驗室測試或模型資料是TJ，TA和P.如果TJ = 80℃，TA = 25℃，并且P= 1.0W，則：
θJA=（80℃-25℃）/ 1.0W = 55℃/ W。
用法公式：
在θJA，TA和P已知的情況下，則：TJ = TA +（θJA* P）
示例：如果Theta-JA = 55℃ / W，假設系統中Ta = 35℃，并且穩态功率的器件是P = 0.6W，則：TJ = 35℃+（55℃/ W * 0.6W）= 68℃
θJA的要點：
•表示熱流通過發熱結和環境空氣之間的路徑的難易程度。
•θJA主要用于一個封裝器件與另一個封裝器件的性能比較。
•較低的值表示更好的性能。
•由于θJA高度依賴于電路闆設計，是以測試時必須基于使用标準化的測試闆。
θJA參數的應用：
可以認為，在标準化測試中θJA表現更好的裝置，在類似設計的實際系統中也将表現更好。這有助于選擇元件或封裝設計，但是當将供應商的标準化資料參數擴充到終端應用時，請務必記住，它們是基于特定的測試條件的。
但是不能認為将θja值（對于标準測試闆上的單個器件）用于預測器件在最終應用闆上的溫度上升。真實性能将受到很多實際因素的影響。
θJC
定義：θJC=（TJ-TC ）/ P
θJC=結至外殼的熱阻，℃/ W
TJ =結點溫度，℃
TC = 殼溫，℃
P =器件功耗，W
應用公式：
在θJC，TC和P已知的情況下，則：TJ = TC +（θJC* P）
θJC的要點：
•表示在發熱結與封裝頂部或底部之間熱量的傳遞能力。
•測量時将封裝頂部或底部表面安裝到散熱片上。如果未明顯指出位置，應說明測試時所應用的表面。
•θJC值适用于：
- 一個封裝器件的性能比較（較低的值表示較好的性能）。
- TJ的計算。
- 計算整體熱阻
θJC作為熱阻的一部分，一般與下面參數有關：
- 頂部或底部安裝到外部散熱器的塑膠封裝。
- 帶底部電極墊的塑膠封裝，焊接到熱增強型PCB。
- 安裝在外部散熱器上的陶瓷和金屬外殼封裝。
•主要取決于θJC熱流路徑中器件材料的厚度，面積和導熱系數。
θJB
定義：θJB=（TJ-TB） / P
θJB=結到闆的熱阻，℃ / W
TJ =結點溫度，℃
TB =與封裝相鄰的闆溫度，℃
P =器件消耗的功率，W
應用公式：
在θJB，TB和P已知的情況下，則：TJ = TB +（θJB* P）
θJB的要點：
•資料表θJB值适用于：
- 一個封裝裝置與另一個封裝裝置的性能比較。
- 應用PCB上的器件的TJ上升高于Tb的計算。
- 計算整體熱阻
ΨJB
定義：ΨJB=（TJ-TB）/ P
ΨJB（Psi-JB）=結到闆表征參數，℃ / W
TJ =結點溫度，℃
TB =與封裝相鄰的闆溫度，℃
P =器件消耗的功率，W
用途：了解ΨJB，獲得在應用PCB上通電的器件的TJ：
1）在一側中心的銅迹線上測量封裝邊緣附近的闆溫度。
2）确定器件消耗的功率。
3）計算：TJ = TB +（ΨJB* P）
ΨJB的要點：
•特性參數，而不是“真實”熱阻。
•用于計算應用PCB上器件的TJ上升超過TB。
•JESD51-6θJA标準中的可選測試。
•通常使用1S2P或1S2P + Vias闆測量。
ΨJB對θJB：
希臘字母“psi”用于區分ΨJB和θJB，因為并不是所有的熱量實際上在溫度測量點（即結點和闆）之間流動，類似于θJB。這是因為ΨJB測試的設定不會像θJB那樣強制所有熱流從闆子流過。是以，ΨJB不是“真正的”熱阻。
使用ΨJB測試，器件熱量可以從封裝頂部和底面同時散出;是以Ψjb将總是具有比θJB小的值。然而，事實證明，對于大多數常見的中小型包裝，這兩個值将是相似的 - 通常在15％内。是以，有時報告ΨJB代替θJB。
ΨJT
定義：ΨJT=（TJ-TT）/ P
ΨJT（Psi-JT）=結到（封裝）特性參數，℃ / W
TJ =結點溫度，℃
TT =封裝頂部溫度中心，℃
P =器件功耗，W
用途：了解ΨJT，獲得在PCB器件的TJ：
1）測量中心處的Top_of_package溫度。
2）确定器件消耗的功率。
3）計算：TJ = TT +（ΨJT* P）
ΨJT的要點：
•熱特性參數，而不是“真實”熱阻。
•用于計算TJ。
ΨJT和θJC：
值得注意的是，ΨJT與θJC不同，隻有當封裝表面安裝到散熱器上時才适用。測試方法和結果值是非常不同的。事實上，如果在同一封裝上測量ΨJT和θJC（在頂表面處），則ΨJT通常将遠小于θJC。希臘字母“psi”用于幫助清楚地區分ΨJT和θJC熱電阻。
在自然對流下，塑膠封裝的ΨJT通常是相對較低的值。這意味着TJ通常隻比包裝頂部TT稍熱。管芯僅通過塑膠封裝的薄區域與頂表面實體分離。是以，除非頂部被氣流強行冷卻，否則它們之間将有非常小的溫差。較薄型的封裝的自然對流ΨJT值通常小于1℃ / W。并且ΨJT值還會因周圍風流速度的變化而發生變化。