熱學(xué)基礎(chǔ)知識介紹ppt課件

1、;.1 熱學(xué)基礎(chǔ)知識介紹熱學(xué)基礎(chǔ)知識介紹 2013-07-13;.2內(nèi)容內(nèi)容一、熱學(xué)基本術(shù)語一、熱學(xué)基本術(shù)語二、散熱基本方式二、散熱基本方式三、三、LED燈具散熱系統(tǒng)燈具散熱系統(tǒng)四、常見散熱器種類四、常見散熱器種類五、界面導(dǎo)熱材料五、界面導(dǎo)熱材料六、六、PCB介紹介紹七、熱仿真技術(shù)七、熱仿真技術(shù);.3一、熱學(xué)基本術(shù)語一、熱學(xué)基本術(shù)語1、溫升、溫升元器件溫度與環(huán)境溫度的差，假如元器件溫度為60，環(huán)境溫度為25，則溫升為352、熱耗、熱耗指元器件正常運行時產(chǎn)生的熱量。熱耗不等同于功耗，功耗指器件的輸入功率。一般電子元器件的效率比較低，大部分功率都轉(zhuǎn)化為熱量。LED的光電轉(zhuǎn)換效率一般在10%40%，

2、即60%90%能量轉(zhuǎn)化為熱量。;.43、熱阻、熱阻熱量在熱流路徑上遇到的阻力，反映介質(zhì)或介質(zhì)間的傳熱能力的大小，表明了1W熱量所引起的溫升大小，單位為/W或K/W。用熱耗乘以熱阻，即可獲得該傳熱路徑上的溫升。R=T/PT/P4 4、接觸熱阻、接觸熱阻接觸界面所產(chǎn)生的熱阻。主要因為兩個名義上相接觸的固體表面，實際上接觸僅發(fā)生在一些離散的面積元上，在未接觸的界面之間的間隙常充滿了空氣（0.026W/mK），熱量將以導(dǎo)熱和輻射的方式穿過該間隙層。;.5工程中常用的減小接觸熱阻的主要措施：加大接觸表面之間的壓力；提高兩個接觸面的加工精度；接觸表面之間加導(dǎo)熱膏等材料；在結(jié)構(gòu)強度許可的條件下，選用軟的金屬

3、材料制作散熱器或器件的殼體。5、熱流密度、熱流密度單位面積上的傳熱量，單位W/m2等。熱流密度越大，散熱越難解決。;.66、LED結(jié)溫結(jié)溫TjLED的基本結(jié)構(gòu)是一個半導(dǎo)體的P-N結(jié)。一般把P-N結(jié)區(qū)的溫度定義為LED的結(jié)溫。LED的P-N結(jié)區(qū)溫度一般無法直接測量得到。LED結(jié)溫過高將會影響LED的：光衰壽命光通量正向電壓一般電子零件的溫度每上升10，壽命就縮短約一半。溫度每上升2，可靠性將下降10%。;.77、LED熱阻熱阻Rj-sp從PN結(jié)(j)到焊點(sp)的熱阻。Rj-sp=(Tj-Tsp)/Pd其中，Pd為LED功率，WPd=正向電流IF(A) *正向電壓VF (V);.88、LED結(jié)

4、溫的計算結(jié)溫的計算PN產(chǎn)生的熱量從芯片開始沿著下述通道傳遞： 芯片結(jié)點LED基底線路板導(dǎo)熱界面材料散熱器殼體環(huán)境（空氣）LED的P-N結(jié)區(qū)溫度一般無法直接測量得到。通過熱電偶測量LED焊點溫度來推算結(jié)溫。 Tj = Tsp + PdR(j-sp);.9二、散熱基本方式二、散熱基本方式熱量傳遞有三種方式：導(dǎo)熱對流輻射它們可以單獨出現(xiàn)，也可能兩種或三種形式同時出現(xiàn)。;.101、導(dǎo)熱、導(dǎo)熱熱從物體高溫部分沿著物體傳到低溫部分或熱從高溫物體傳遞到與之接觸的低溫物體，叫做熱傳導(dǎo)?；居嬎愎剑篞=KAT/LQ代表為熱量，W；A為接觸面積，m2；L為傳熱路徑長度，m；T為傳熱路徑兩端溫差，；K為材料的導(dǎo)熱

5、系數(shù)，W/(m.)，表示材料導(dǎo)熱能力的大小。一般來說，固體的導(dǎo)熱系數(shù)大于液體，液體的大于氣體。;.11部分金屬材料導(dǎo)熱系數(shù): ;.122、對流、對流對流是由運動著的流體與流體流經(jīng)的固體表面之間存在的溫差產(chǎn)生的換熱現(xiàn)象。根據(jù)流動的起因不同，可分為：強制對流換熱是由于泵、風(fēng)機或其他外部動力源所造成的。自然對流換熱是由于流體自身溫度場的不均勻性造成不均勻的密度場，由此產(chǎn)生的浮升力成為運動的動力。;.13基本計算公式：Q=hAT Q代表熱量，W； A為有效對流換熱面積，m2； T代表固體壁面與周圍流體之間的溫度差, ； h為對流換熱系數(shù)，W/(m2.) 空氣自然對流時換熱系數(shù)在110W/(m2.)量級

6、，實際應(yīng)用時一般不會超過35W/(m2.)； 強制對流時換熱系數(shù)在10100 W/(m2.)量級，實際應(yīng)用時一般不會超過30W/(m2.)。;.143、熱輻射熱輻射輻射是物體通過電磁波來傳遞能量的過程。物體的溫度高于絕對零度時發(fā)出電磁波的過程，稱為熱輻射。兩個物體之間通過熱輻射傳遞熱量稱為輻射換熱。輻射換熱可以在真空中進(jìn)行。熱輻射波長=0.1-100m，大部分輻射能量集中在紅外波段，其中可見光=0.4-0.8m。;.15基本計算公式：Q=A(T14-T24)Q代表熱量，W；A代表有效輻射面積，m2； 代表輻射常數(shù)，其值為5.67X10-8W/m2K4T1和T2分別指的是物體和環(huán)境的絕對溫度(=

7、攝氏溫度值+273.15)，單位K；是表面的黑度或輻射率。指實際物體的輻射力和同溫度下黑體的輻射力之比，在01之間。輻射率取決于物質(zhì)種類、表面溫度和表面狀況，與外界條件無關(guān)，也與顏色無關(guān)。表面粗糙、氧化、無光澤，黑度大，輻射散熱能力強。對于金屬外殼，可進(jìn)行表面處理如陽極氧化、噴漆等來提高黑度，強化散熱。;.164、增強散熱的方式增強散熱的方式增加有效散熱面積，如安裝散熱器。增加流過表面的風(fēng)速，可以增加換熱系數(shù)。盡量減小導(dǎo)熱界面的接觸熱阻。在接觸面可以使用導(dǎo)熱硅膠（絕緣性能好）或鋁箔等材料。破壞層流邊界層，增加擾動。如在散熱器表面增加不規(guī)則凸起（強制對流）。采用輻射率高的表面處理方式，增加輻射散

8、熱量。;.17三、三、LED燈具散熱系統(tǒng)燈具散熱系統(tǒng)熱阻：Rja=Rjs+Rsb+Rba=(Tj-Ta)/Pd;.18四、散熱器材質(zhì)四、散熱器材質(zhì)1、金屬材料、金屬材料(鋁合金鋁合金) 導(dǎo)熱性能好相對其它固體材料，金屬具有更好的熱傳導(dǎo)能力； 易于加工延展性好，高溫相對穩(wěn)定，可采用各種加工工藝； 易獲取雖然金屬也屬不可再生資源，但供貨量大，不需特殊工序，價格也相對低廉；2、陶瓷、陶瓷 陶瓷材料有著絕緣性好、熱導(dǎo)率高、紅外輻射率大、膨脹系數(shù)低的特點，完全可以成為LED照明的新材料。目前，陶瓷材料主要用于LED封裝芯片的熱沉材料、電路基板材料和燈具散熱器材料。3、導(dǎo)熱塑料、導(dǎo)熱塑料 大多為以工程塑料

9、和通用塑料為基材，如PP、ABS、PC、PA、LCP、PPS、PEEK等。然后在塑料中填充某些金屬氧化物粉末、碳、纖維或陶瓷粉末而成。其典型的熱傳導(dǎo)率范圍為120W/m-K，一般塑料的熱傳導(dǎo)率只有0.2W/m-K。;.19五、常見散熱器種類五、常見散熱器種類1、鋁擠型散熱器常用材料：AA6063、AA6061等鋁合金;.202、壓鑄型散熱器常用材料：鋁合金ADC12、AA1070;.213、精密切削型散熱器常用材料：AA6063鋁合金、銅;.224、折疊(Fold fin)型散熱器;.235、扣fin散熱器常用材料：AA1050鋁合金、銅;.246、Fin+熱管散熱器;.25 7、冷鍛型散熱器

10、常用材料：AA6063鋁合金，AA1070鋁合金;.268、插齒/螺柱型散熱器;.27六、界面導(dǎo)熱材料六、界面導(dǎo)熱材料1、導(dǎo)熱材料的作用、導(dǎo)熱材料的作用填充接觸面之間的空隙，減小表面接觸熱阻。通過增大兩者的接觸面積來改善導(dǎo)熱的效果。它可以只取導(dǎo)熱作用，也可以兼有導(dǎo)熱和絕緣兩種作用。2、導(dǎo)熱材料的分類、導(dǎo)熱材料的分類還有導(dǎo)熱雙面膠(一般導(dǎo)熱系數(shù)低于1W/mK,用于有些需要膠粘的低功耗部件)、灌封膠(一般導(dǎo)熱系數(shù)0.5W/mK,可用于電源固定絕緣導(dǎo)熱)、導(dǎo)熱泥等。 導(dǎo)熱膏導(dǎo)熱墊片導(dǎo)熱膠;.283、導(dǎo)熱材料的選擇、導(dǎo)熱材料的選擇導(dǎo)熱系數(shù)導(dǎo)熱系數(shù)市場上15W/mK單純使用高導(dǎo)熱率的導(dǎo)熱材料對提高燈具整

11、體散熱性能不大僅須略高于金屬基板的法向?qū)嵯禂?shù)厚度厚度導(dǎo)熱膏和導(dǎo)熱硅膠所涂厚度一般為0.10.2mm導(dǎo)熱墊片一般選擇0.5mm厚度4、導(dǎo)熱材料的比較、導(dǎo)熱材料的比較導(dǎo)熱性能：基本相同價格：導(dǎo)熱墊片導(dǎo)熱膠導(dǎo)熱膏操作性：導(dǎo)熱墊片更容易操作，導(dǎo)熱膠不用鎖螺釘;.29七、七、PCB介紹介紹1、PCB的作用的作用LED的散熱通道；LED芯片的電氣連接基板；LED芯片的物理支撐2、PCB種類及傳熱特性種類及傳熱特性基板類型基板類型特點特點FR4_PCB板技術(shù)成熟，具有Layout上的優(yōu)勢，成本低，散熱性能較差（法向?qū)嵯禂?shù)約0.3W/mK）、尺寸大，只適合于低功率產(chǎn)品，設(shè)計要求熱流密度8，線路板制作難度增

12、加，費用也會增加。過孔的熱阻可表示為：Rth=h/(nk(Dtt2)Rth: 熱阻 (C/W)；h: PCB厚度(m)；n: 過孔數(shù)量；k: 敷銅材料熱導(dǎo)率(銅=390W/mK)。;.33八、熱仿真技術(shù)八、熱仿真技術(shù)1、熱仿真、熱仿真利用數(shù)值計算對流動與傳熱問題進(jìn)行求解的方法。熱仿真軟件有FloEFD、Icepak等2、熱仿真的好處、熱仿真的好處預(yù)測產(chǎn)品散熱方案的可行性快速優(yōu)化散熱設(shè)計方案縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，降低開發(fā)成本;.343、熱仿真結(jié)果分析及優(yōu)化設(shè)計、熱仿真結(jié)果分析及優(yōu)化設(shè)計溫度分布 注意模型中溫度梯度（溫差）較大的區(qū)域或環(huán)節(jié)，以便改進(jìn)散熱設(shè)計。流場分布 注意流場中流動較弱(流速較小)或流

13、動死區(qū)以及有回流發(fā)生的區(qū)域，以便改進(jìn)流道設(shè)計。;.35 The EndThanks;.36愛是什么？一個精靈坐在碧綠的枝葉間沉思。風(fēng)兒若有若無。一只鳥兒飛過來，停在枝上，望著遠(yuǎn)處將要成熟的稻田。精靈取出一束黃澄澄的稻谷問道：“你愛這稻谷嗎？”“愛?！薄盀槭裁?？”“它驅(qū)趕我的饑餓?！兵B兒啄完稻谷，輕輕梳理著光潤的羽毛。“現(xiàn)在你愛這稻谷嗎？”精靈又取出一束黃澄澄的稻谷。鳥兒抬頭望著遠(yuǎn)處的一灣泉水回答：“現(xiàn)在我愛那一灣泉水，我有點渴了?！本`摘下一片樹葉，里面盛了一汪泉水。鳥兒喝完泉水，準(zhǔn)備振翅飛去。“請再回答我一個問題，”精靈伸出指尖，鳥兒停在上面?！澳阋プ鍪裁锤匾氖聠幔课疫@里又稻谷也有泉水

14、?！薄拔乙ツ瞧_著風(fēng)信子的山谷，去看那朵風(fēng)信子?！薄盀槭裁?？它能驅(qū)趕你的饑餓？”“不能?！薄八茏虧櫮愕母煽?？”“不能?！睈凼鞘裁矗恳粋€精靈坐在碧綠的枝葉間沉思。風(fēng)兒若有若無。一只鳥兒飛過來，停在枝上，望著遠(yuǎn)處將要成熟的稻田。精靈取出一束黃澄澄的稻谷問道：“你愛這稻谷嗎？”“愛?！薄盀槭裁矗俊薄八?qū)趕我的饑餓?！兵B兒啄完稻谷，輕輕梳理著光潤的羽毛。“現(xiàn)在你愛這稻谷嗎？”精靈又取出一束黃澄澄的稻谷。鳥兒抬頭望著遠(yuǎn)處的一灣泉水回答：“現(xiàn)在我愛那一灣泉水，我有點渴了。”精靈摘下一片樹葉，里面盛了一汪泉水。鳥兒喝完泉水，準(zhǔn)備振翅飛去?！罢堅倩卮鹞乙粋€問題，”精靈伸出指尖，鳥兒停在上面。“你要去做什么

15、更重要的事嗎？我這里又稻谷也有泉水?！薄拔乙ツ瞧_著風(fēng)信子的山谷，去看那朵風(fēng)信子?！薄盀槭裁?？它能驅(qū)趕你的饑餓？”“不能。”“它能滋潤你的干渴？”“不能?！?.37其實，世上最溫暖的語言，“ 不是我愛你，而是在一起?！?所以懂得才是最美的相遇！只有彼此以誠相待，彼此尊重，相互包容，相互懂得，才能走的更遠(yuǎn)。相遇是緣，相守是愛。緣是多么的妙不可言，而懂得又是多么的難能可貴。否則就會錯過一時，錯過一世！擇一人深愛，陪一人到老。一路相扶相持，一路心手相牽，一路笑對風(fēng)雨。在平凡的世界，不求愛的轟轟烈烈；不求誓言多么美麗；唯愿簡單的相處，真心地付出，平淡地相守，才不負(fù)最美的人生；不負(fù)善良的自己。人海茫茫

16、，不求人人都能刻骨銘心，但求對人對己問心無愧，無怨無悔足矣。大千世界，與萬千人中遇見，只是相識的開始，只有彼此真心付出，以心交心，以情換情，相知相惜，才能相伴美好的一生，一路同行。然而，生活不僅是詩和遠(yuǎn)方，更要面對現(xiàn)實。如果曾經(jīng)的擁有，不能天長地久，那么就要學(xué)會華麗地轉(zhuǎn)身，學(xué)會忘記。忘記該忘記的人，忘記該忘記的事兒，忘記苦樂年華的悲喜交集。人有悲歡離合，月有陰晴圓缺。對于離開的人，不必折磨自己脆弱的生命，虛度了美好的朝夕；不必讓心靈痛苦不堪，弄丟了快樂的自己。擦汗眼淚，告訴自己，日子還得繼續(xù)，誰都不是誰的唯一，相信最美的風(fēng)景一直在路上。人生，就是一場修行。你路過我，我忘記你；你有情，他無意。誰都希望在正確的時間遇見對的人，然而事與愿違時，你越渴望的東西，也許越是無情無義地棄你而去。所以美好的愿望，就會像肥皂泡一樣破滅，只能在錯誤的時間遇到錯的人。歲月匆匆像一陣風(fēng)，有多少故事留下感動。愿曾經(jīng)的相遇，無論是錦上添花，還是追悔莫及；