问题的根源不仅出自热或冷的静态状态，也可能是出在一个
温度到另一个温度的转变过程中。在极端情况下，热冲击会将电路板和器件裂成碎片。温度梯度（会产生小电压误差）也可以由于焊接材料和管脚材料的热电偶效应而产生麻烦（参考文献4）。此外，温度梯度本身可以是动态变化的。已故的 Bob Widlar是一位开创型的电子工程师，曾就职于美国国家半导体、Fairchild、Maxim和Linear Technology，他曾收到过一个在1 kHz 时坏掉的原型硅片。Widlar 认为热波来自于输出晶体管的辐射。这些热波会通过硅内核均匀散播。问题是，这片 IC 有两个基准节点，它与输出晶体管的距离不相等。在 1 kHz 工作频率下，基准节点之一处于一个热谷中，而另一个则位于一个热峰。这种情况会导致偏置电流的不均衡，使器件无法正常工作。由于这些热梯度，有些电源设计者更喜欢用控制器，而不是内置功率 FET 的 IC。使用控制器时，FET 的热量不会流过相同内核、放大器和基准电路。
热分析
电路的热分析分三个步骤。首先估计IC中产生的热量。然后，估计电路板或散热片散掉的热量。最后，估计部件将要运行的环境温度（图4）。在估计元件产生的热量时，DC分析通常没什么价值。一只电压为1V、流过 1A 电流的电阻器，会产生1W的热量。但是，要估计交流或未确定的信号所产生的热量就比较麻烦。首先，从电源端到接地脚的静态电流总是在耗散一个直流功率。一个采用10V电源和5mA静态
电流的器件会产生50mW热量。但是，在运行中，该静态电流可能有所变化。偏置电流和基极驱动电流通常在遇到交流信号时会增加。最大的挑战是计算出器件输出电流所产生的热量。这种估算可能并不简单。一只器件为一个负载提供的功率是可变化的，但是，如果输出晶体管是常开或常闭状态，则器件内部消耗的功率就相对较小。如大多数放大器所使用的传统图腾柱输出级，输出一个满摆幅方波时发热并不是最大。IC 内最糟的发热情况是器件输出一个方波，其振幅是电源范围的一半。如果器件工作在±12V电压，则±6V
p-p的方波就会在输出级产生最大的热量。正弦波输出的内部发热较低。如果信号很复杂或者比较乱，则很难估计IC内真实的最差情况下发热状况。如有含有大电容和大电感元件的电抗性负载，则功耗估计工作会更加复杂。因为电压和电流不是同相位，因此有关半振幅方波的简单假设也不可行。
如果你能确定IC通过信号的特性，就可以用Spice来估算功耗。此时必须保证使用恰当的Spice模型，它们对一些测试信号给出合理的结果，而功耗计算此时没有价值。图5 表示一个Spice图。芯片的功耗不同于到达负载的功率。图 6 是图 5 示意图的 Spice 曲线图。它以红线表示启动的振荡。电路是否会发生这种振荡只是个人的猜测，但它应该会使你在建立原型后查看这种行为。记住，在 Orcad Capture 上点击 W 键只能显示芯片的静态功耗。要获得工作时的功耗，要用示意图上的功率标记，然后用曲线程序的 rms-math 函数，给出器件的平均功耗。
电路板或散热器会通过对流、传导或辐射方式，将 IC 的热量散发出去。传导散热主要是通过金属引线框和电路板上铜箔。一旦电路板铜箔或分立散热片传导出热量，就为对流散热提供了足够将热量散播到空气中的表面积。辐射很难是一种散热的可行方法。卫星设计者采用辐射方式，因为没有其它方法可以去除系统中的热量。由于空间的辐射温度接近于绝对零度，因此存在足够大的温差，使大量的热能可以传输到空间中，使卫星上的电子设备不会过热烧毁。
对流散热也有一些困难。例如，气流对商用散热片的影响（图7）。注意，在高温下，热阻会增加五倍。使用强制风冷的散热片有较薄、间距更近的鳍片，比如一款风扇式CPU冷却器。如果你的产品没有风扇，则 IC 产生的热量会传导和散播出来，然后传送到机内的空气中。接下来，随着整个机器温度的上升，热量通过对流传送给周围的空气，如果你把机器放在腿上，则部分热量也会传导过来。外壳材料的热阻就变得很重要。热量从内向外的传送速度，塑料壳要慢于金属壳。
做喷气战斗机非机舱电子设备的工程师知道，一架喷气飞机要飞到高达 7 万英尺的高空。在这个高度，空气非常稀薄，对流冷却是无效的。这些系统有一个带乙二醇冷却通道的冷板，确保冷板温度不高于 80℃。每个部件都与一个金属散热器保持物理接触，散热器将元件热量传送至电路板的边沿。在电路板的边沿，一个传热的夹钳系统将这个散热器压紧在机壳的一侧。机壳的侧面将热量传给机壳所在的冷板。导热油脂可保证将最多的热量传送给冷板，并确保从 IC 到散热片的最大传导。
多数电子工程师都很熟悉用热阻作为一种热分析技术。热阻的表示单位是每瓦摄氏度。只需简单地乘以第一步估计的瓦数，就可以获得部件将增加的温度（摄氏度）。但这里需注意几个问题，要查看部件数据表上有关热阻规格的隐藏信息。从内核到外壳的热阻ΦJC 不是一个有用的测量值。半导体制造商的 IC 或封装设计者可能关心的是当热量从内核流至外壳时IC 的温升，但你需要更多的信息。你在数据表上经常看到的下一个规格是从节点到外界的热阻ΦJA。该值表示的是当部件未连散热片或未焊到 PCB（印制电路板）上时的温升。德州仪器的 Darvin Edwards 指出，ΦJA 对多数试图预测结温的工程师来说是没有用处的。他说：“有用的是从内核到电路板的热阻（ΦJB），以及从内核到封装表面的热阻（ΦJC）。我们用两个 JEDEC（联合电子设备工程委员会）标准电路板测量ΦJA，让工程师们看到它并不是一个封装常量。一个电路板是单面的，另一个是多层电路板。如果你有ΦJB 和ΦJC 规格，就有更好的机会来估计 IC 的真实温升。”他还指出，工程师们必须记住ΦJA 测量时电路板上没有其它芯片。当 IC 周围有电源和其它散发热量的芯片时，以及当电路板处于一个空间有限的无风扇塑料外壳中时，实际温升会高于ΦJA 测量给出的值（图 8）。还要记住，多数 IC 的塑料顶面都几乎不传送热量。环氧树脂塑料的热传导能力为 0.6W/mK ～ 1W/mK（米-开尔文），而铜的导热能力是 400W/mK。因此，铜的导热能力比塑料高400倍 ~600倍，重要的是PCB设计要实现热传导的最大化。