前语
无源电子元件职业欣欣向荣，由于新式外表贴装大功率器材，尤其是电阻器正在被广泛选用。这是令人兴奋的，由于它带来了缩小电子设备全体尺度的时机。但惋惜的是，咱们不得不恪守物理学规律。电阻器由于它们的特性而必定会发生热量。当对电阻器施加更多的功率时，发生的热量也会更多。假如这些热量不能从元件中发出出去，则元件的阻值就会改动，终究会失效。
有些新技能运用氮化铝(AlN)陶瓷替代了在1206尺度上供给极高功率额定值(例如，大于100瓦)的氧化铝。AlN陶瓷具有比挨近氧化铍的氧化铝更好的导热性。乍一看，这是十分令人兴奋和令人形象深入的，但人们终究有必要考虑怎么将许多的热量从设备和电路的其余部分中转移出去。将100W的功率施加到1206尺度上，电阻器将会快速加热到超越500°C的温度;假如没有正确散热的话这将熔化焊点，并或许损坏大多数电气元件，特别是有源器材。
为什么这些电阻器要规则有这些额定值?由于衬底具有较高的导热性，并且可以将热量从器材中传送出去，所以，器材自身可以以这些额定功率运转。应战在于热量转移到什么地方。制造商在产品资料中加了脚注，指明应当选用有用的热办理、精密的散热器，或简略地说，用户有必要将设备温度保持在给定温度，例如。155℃。
对这些高功率电阻器而言，施行必要的热办理是否简略或许是否具有较好的本钱效益?不是的。这篇文章并不计划用热力学理论和杂乱方程来吓倒读者。而是计划评论一些办理高功率外表贴装电阻发生的热量的技能，以及它们对空间规划、杂乱性和本钱的影响。
布景
关于大功率外表贴装电阻器，首要有两种传热办法：1)经过基板和导体传导到线路板和迹线(trace)上，以及2)对流到周围环境中。
图1. 大功率外表贴装电阻器的首要传热导类型
传导是传热的首要手法，因而许多制造商为其设备供给热阻。热阻给出了在施加功率时，器材怎么将热量传递到电路板和迹线的一阶近似值，即°C/W。这个额定值短少许多细节。首要问题是用于建立该额定值的测验卡的特点。例如，在测验卡上所运用的铜的数量将明显影响所得到的器材的热阻。一些制造商供给关于他们的设备怎么测验以确认额定功率或热阻的细节。但在许多情况下，所选用的技能在运用中是不切实际的。
对流是一个需求考虑的重要因素，特别是在电路板被关闭的情况下。辐射的热量或许会将环境温度敏捷提高到不安全和有害的水平。假如电路板被封装起来，则或许会对高功率元件和周围元件形成晦气影响，由于它会阻挠热量经过对流办法传递出去。强烈建议高功率电阻器不要被封装起来。
一些制造商的额定功率假定选用无限散热器。无限散热器是可以从设备中带着走无限热量的散热器。但这是不现实的，因而或许需求约束可施加于组件的功率。
热办理技能
厚板迹线(Heavy Board Traces):
一种简略而常见的技能是运用厚板迹线。扩展电路板迹线的外表积和体积是一种简略完成的技能。由于这些设备中的大部分传热作业是经过传导来进行的，所以这是一种常见的技能。一个比如如图2所示。选用这种技能时有两个挑选：1)添加迹线的宽度，2)添加走线的厚度。
图2. 施行厚板迹线的示例
这种技能将电阻器发生的热量传播到整个电路板上，然后添加热量向周围环境辐射的面积。当到达稳态时，会呈现应战。假如规划中不包括自动热办理技能，终究，线路板和周围环境将到达或许超越安全运转温度的峰值温度。
这种技能一般具有较低的本钱。但由于迹线所运用的金属(一般是铜)的数量，因而依然存在较高的本钱。此外，还需求添加线路板的分量和尺度才干习惯厚板迹线。
热背板：
更强健的相似技能是选用一块热背板。这种技能在线路板的反面运用一块较大的铜板将热量从电路上传送出去。与厚板迹线技能相同的是，热量也是分布在大块热物体上，这将添加经过对流和辐射传递热量的面积。一个比如如图3所示。相同，假如不选用自动热办理，则线路板和周围环境或许会超越安全运转温度。
图3. 施行热背板的示例
这种技能添加了较高的本钱，由于背板一般是由重铜制成的。此外，这种技能将添加规划分量，并且很或许将线路板约束为单层板，然后会添加线路板的尺度。
油浸：
将线路板浸入油中是将热量从线路板及附接部件中带着出去的有用办法。由于油与线路板的每个外表直接触摸，所以热量传导十分有用。一个比如如图4所示。这种技能所面对的一些应战是油污染和资料兼容性。油有必要具有十分好的介电功能。假如油被污染，介电功能或许会下降，导致呈现电弧，然后导致设备或线路板发生毛病。所运用的油或许需求专门定制，并且或许与高功率电阻器、其他部件或许乃至焊料等资料不兼容。
图4. 施行浸油的实例
相同，假如不选用自动热办理，则该技能在安稳状态下将面对约束。固定体积的油终究将到达或许超越安全运转条件的峰值温度。
这种技能添加了明显的本钱，由于油一般具有更高的本钱，并且有必要有特定的容器来包容油。此外，在许多情况下，需求运用金触点/端子以避免与油发生化学反应，也会添加十分高的本钱。
自动冷却：
自动冷却线路板或许十分有用，但本钱高得多，一般在运用压缩机时会大于10,000美元。一种常见的技能是选用一种不停地循环冷却剂的冷却器。这可以与热背板一同运用，其间冷却剂在背板中的通道内循环，或许在经过热办法连接到背板外表的管道内循环。一个比如如图5所示。该办法也可以与油浴一同运用，其间油经过冷却器继续不断地循环。这两种技能都是从热背板或油浴中把热量“泵抽”出去。
图5. 经过热背板完成循环冷却剂的示例
另一种技能是运用强制通风，无论是有条件的仍是无条件的。对电路板进行强制通风相对简略进行，并且可以以合理的本钱完成。该技能的有用性面对一些约束，由于它依赖于对流以及大功率电阻器的外表积。一个比如如图6所示。大功率电阻器可以被封装在散热片中，由于散热片可以明显添加热质量和外表积，所以这有助于冷却进程的进行。选用这种技能需求满足线路板周围有足够的殷实空间，以适当地循环空气。空气一般有必要过滤，以避免污染物下降电子设备的功能。
图6. 施行强制风冷的示例
定论
大功率外表贴装电阻器即便选用规范的电路板装置技能，也可以供给更高的功率，由于它下降了衬底(例如AlN)的热阻，一般为规范芯片电阻的2至3倍。为了完成更高的功率，有必要选用如本文所评论的更杂乱的技能。挑选大功率外表贴装电阻器时，规划人员有必要十分当心。简略地说，由于产品资料宣称具有十分高的功率，所以规划人员就需求承当职责来恪守一般只用小字体注明的特定规范，例如最大外表积或终端温度。
作者：Darin Glenn
Darin Glenn现在担任Vishay公司的高档工程规划司理。此前，他曾在Viratec 薄膜公司和AGC平板北美公司担任职务。作为ESIA规范委员会的成员，Glenn具有内布拉斯加大学电气工程理学硕士学位。
