在电子设备的设计中， 小型化、高效率化、 电磁兼容性（EMC） 对策、 热对策正在成为几个重要的课题。“热”关系到元器件和设备的性能、可靠性以及安全性，因此一直以来都是重点讨论的事项之一。本应用笔记介绍了以在电子设备中使用的 IC 和晶体管等半导体元器件为前提的热阻和散热的基础。
何谓热阻
热阻是将热传递的难易程度进行数值化表示的结果。 将任意 2点之间的温度差，除以该 2 点之间流过的热流量（单位时间内流过的热量）得到的比值即为热阻。热阻大代表热不容易传递，热阻小代表热容易传递。
电阻使用符号 R 进行表示， 热阻使用符号θ(theta)进行表示。在半导体器件领域进行标准制定的行业组织 JEDEC（半导体技术协会 Joint Electron DeviceEngineering Council），在集成电路的热测试标准 JESD51 之中， 规定使用θXX 或者 RθXX（当无法使用希腊文字时， 使用 Theta-XX）进行标准化表示。另外，XX 部分记载的是任意 2 点之间的符号。当以上图为例时，表示为θT1T2、 RθT1T2、 Theta-T1T2。
另外， 对所有电气、电子、关联技术进行国际标准制定和公开的全 球 性 组 织 IEC （ 国 际 电 工 委 员 会InternationalElectrotechnical Commission），在半导体分立元器件标准的EN60747-15 之中使用了 Rth。
因此，在 ROHM 的 Datasheet 之中IC 使用θ表示热阻，分立元器件使用 Rth 表示热阻（存在一部分例外）。
热阻的单位是 K/W 或者℃/W (K 代表开尔文)。虽然 K 和°C 的绝对温度不一样(0 K=-273.15 °C)，但是作为相对温度进行处理时是一样的(K=°C)。
热的欧姆定律
热阻可以按照等同于电阻的方式进行考虑，热计算的基本公式可以按照等同于欧姆定律的方式进行处理。下图是欧姆定律的示意图和计算公式。可以看出各个变量可以按照热参数和电气参数进行互换。
因此，正如电压差 ΔV 可以按照 R×I 进行计算那样，温度差ΔT可以按照 Rth×P 进行计算。下表是上述对应关系的总结。
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热通过物体和空间进行传递。所谓传递，是指热能从一个地方转移到另外一个地方。
热传递的 3 种形式
热传递存在 3 种形式：热传导、对流（换热） 、热辐射。
・热传导：在同一个物体内，通过组成物质的分子的运动，热从温度高的地方向温度低的地方进行转移的现象，不伴随物质的转移。
・ 对流 （换热）：当固体表面以及与其相接触的空气和水等流体之间存在温度差时，通过流体的流动进行热转移的现象。相对于热传导， 对流可以传递更多的热。
・ 热辐射：从物体表面会辐射出与温度相对应的一定波长的电磁波。当电磁波通过空间传递到对象物体时，对象物体的表面分子由于电磁波的振动能量而产生振动，由此发生热转移，物体的温度发生变化的现象。对于热辐射来说， 即使物体之间不存在热传递的媒介（即使是在真空之中），也可以发生热转移。因此，周围空气的温度不会发生变化。
散热路径
产生的热会通过传导、辐射、对流，经由各种不同的路径向外部环境进行逃逸。这里以印刷电路板(PCB)上所贴装的 IC 为例进行说明。
热源是 IC 的芯片(Die)。产生的热向芯片贴装（芯片键合）、引线框架、 外壳（封装）、 印刷电路板进行传导。该热量从印刷电路板以及 IC 的封装表面通过对流、辐射向空气进行传递。下图是以热阻表示的热网络图。
左上图中的 IC 剖面图中的各部分颜色， 与右上图中的圆圈颜色保持一致，例如芯片都以红色表示。芯片结温 TJ 通过热网络图中所示的热阻传递至周围环境温度 TA。散热路径从芯片开始经由芯片贴装、引线框架向背面散热板（Exposed Pad）进行传导，并通过 PCB 的铜箔焊盘上的焊锡向 PCB 进行传导。进一步地，热从 PCB 通过对流和辐射向空气(TA)进行传递。
其他路径包括从芯片开始经由键合引线向引线框架、进而向PCB 进行热传递的对流、辐射路径；以及从芯片开始经由封装向空气进行热传递的对流、辐射路径。知道了散热路径的热阻和 IC 的损耗， 就可以使用上述热阻公式计算温度差，在本例中是计算 TJ 和 TA 之间的差。热设计就是减小上述各项热阻，也就是减小芯片与空气之间的散热路径的热阻的工作。这样， TJ 变小、 可靠性得到提高。接下来说明为了减小各项热阻所需要的基础公式。
热传导的热阻
热传导的热阻的示意图和计算公式如下所示。
温度差 (?1 - ?2) = 热阻 ??ℎ × 热流量 ?
热阻??ℎ =长度 ?/（热导率 ? × 截面积 ?）
上图表示截面积为 A、 长度为 L 的物体，其一端的温度T1 通过热传导向物体的另外一端进行转移变为温度 T2。
上边的公式是最开始出现过的热阻公式， T1 和 T2 的温度差，按照热阻Rth 与热流量 P 的乘积进行表示。
下边的公式是使用物质参数所表示的 Rth 的计算公式。从上图和计算公式的各项参数可以马上联想到，热传导的热阻基本可以按照导体的方阻的思考方法进行考虑。将公式中的热导率替换为电阻率就可以计算方阻。电阻率是导体材料的固有值， 热导率也是材料的固有值。
从 Rth 的公式可以看出，为了减小热传导的热阻，需要增大物体的截面积、 或者减小物体的长度、 或者选择热导率大的材料。
对流（换热） 的热阻
对流有几种类型，以下是包含术语的相关定义。
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(表面温度 - 流体温度) = 热阻 ??ℎ × 热流量 ?
热阻??ℎ = 1/（对流换热系数 ℎ? × 表面积 ?）
对流换热系数ℎ?
自然对流
ℎ? = 2.51 × ? × (∆T/L)^0.25 [?/?2?]
?:系数 (由形状和设置条件所决定)
∆?:温度差 [℃]
?:代表长度 [?]
强制对流层流
ℎ? = 3.86 × (?/?)^0.5 [?/?2?]
强制对流湍流
ℎ? = 6 × (V/L^0.25)^0.8 [?/?2?]
?:风速 [?/?]
?:代表长度 [?]
对流的热阻是对流换热系数 hm 与发热物体的表面积 A 的乘积的倒数。
从公式可以得出，物体的表面积越大，则对流的热阻就越小。对流换流系数 hm 根据对流类型不同而不一样。对于自然対流，温度差越大，对流得到促进，热阻越小。对于强制对流，风速越快，热阻越小。
热辐射的热阻
热辐射的原理与通过分子进行热转移的热传导和对流（换热）的原理不同。即使在没有物体或者流体的真空之中，也可以通过热辐射实现热转移。热辐射的热阻的示意图和计算公式如下所示。
温度差 (?1 - ?2) = 热阻 ??ℎ × 热流量 ?
??ℎ =1/（辐射换热系数 × 表面积）
辐射换热系数 = ? × 辐射率 ? × (?1^2 + ?2^2)(?1 + ?2)
?: 斯忒藩 - 玻尔兹曼常数 5.67 × 10^-8 [?/?2?4]
辐射率 ?:材料表面的辐射率 0~1
热辐射的热阻是辐射换热系数与发热体的表面积的乘积的倒数。
从公式可以得出， 物体的表面积、温度、 辐射率会对热辐射的热阻产生影响。
从 Rth 的公式可以得出为了减小热辐射的热阻，需要增大物体的表面积、或者选择辐射率大的材料。
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出处：Emissivityof Solids, Heat Exchanger DesignHandbook, ISBN: 978-1-56700-423-6
以上内容对 3 种形式的热传递：热传导、 对流（换热）、热辐射之中各个热阻的计算公式进行了表述。
从基本公式之中都可以得到减小热阻的线索，请确认各个参数的关联性。
总结
最后对 3 种形式的热传递的热阻计算公式，以及减小热阻的方法进行总结。
热传导的热阻
??ℎ =长度/(热导率 × 截面积)
为了减小热阻：
・ 增大物体的截面积。
・ 减小物体的长度。
・ 选择热导率大的材料。
对流的热阻
??ℎ =1/(对流换热系数 × 表面积)
为了减小热阻：
・ 增大物体的表面积。
・ 对于自然对流，考虑使温度差变大的配置方法。
・ 对于强制对流，加快风速。
热辐射的热阻
??ℎ =1/(辐射换热系数 × 表面积)
为了减小热阻：
・ 增大物体的表面积。
・ 选择辐射率大的材料。
