最全的熱設(shè)計基礎(chǔ)知識及flotherm熱仿真.

1、3散熱方式的選擇4自然對流散熱和強制對流散熱總尸的按先妁使用小地Power Trendt in Electron* D,5cs電子設(shè)備的發(fā)展趨勢1、熱耗上升化2.設(shè)備小巧化3、環(huán)境多樣化過熱-電子產(chǎn)品故障的首要原因圖1:結(jié)點壽命統(tǒng)計Figurc 1 ; Junction L i fe Statist ics(Sourc* GEC Ressarch) 資料來源i GEC研究院( Eooooerod 2坦22史故障率(10/時)圖2,電子產(chǎn)品故障主要原因Figure 2: Major Causes of Electronics Fai lures(Source : US Air Force Avi

2、onics Intecrity Program)資料來源i美國空軍航空電子9體研究IS目發(fā)熱問題被認為電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計所面幅的三大熱設(shè)計的基本要求:滿足設(shè)備可靠性的要求滿足設(shè)備預(yù)期工作的熱環(huán)境的要求滿足對冷卻系統(tǒng)的限制要求熱設(shè)計工程師與EE, ME, Layout等項目相關(guān)人員緊密配合，力求提高產(chǎn)品各方面性能 并降低成本 5 JM熱設(shè)計的基礎(chǔ)概念V * 5psi). 3)硅脂在使用時卷會有硅油漆山，造成硅油污染，不適合周圍有模網(wǎng)觸點的繼電器的場合.我公司現(xiàn)有導(dǎo)熱硅脂供應(yīng)量號我司務(wù)網(wǎng)導(dǎo)皓系敏(W/mk)工作iWt我氏度)北京美寶T-5010401001710.78560200 筒介，主要由殷枯劑

3、與導(dǎo)熱M粒組成，施加前是音狀混合物.輪加后在一定的時間和條件卜分 廣交連.冏化常用的導(dǎo)熱股按照股體類里來分可以分為,環(huán)交樹脂系(Epoxy bused) .丙烯酸系 (cry ic based)、彳j機硅系( si 1 icone bawod) .按照組份分單坦份、取俎份.特點:，具有較好的粘結(jié)作用不需機械固特:/Rffl分.但無需混合.一切涂膠.一邊深固化水.具有使用方便.常溫固化.固化條件他不、固化 速度快等優(yōu)點.5導(dǎo)熱系數(shù)低(0.8W/mk),只域合用于小功率密件的散熱.J導(dǎo)熱界面層的厚度一般在45mil之間1/可返修,對散熱H表面狀態(tài)”序，表面行染的0件網(wǎng)做熱H的結(jié)合力舞 /現(xiàn)場工藝控

4、制嚴格，膠層太厚或固化水太多都會影叫結(jié)合力.供應(yīng)育型號我司修 號熱中率(Wrm. X?)使用M反超 圍（T）性能特點冏化條件LCXTITE315O.RO840-125網(wǎng)01分股.佗用 時印度KW在外俯機M雙送方法用了7仲億刷,仟20t 彖件A分X祈的冏化.在4-24NM定金Alt315導(dǎo)熱膠的使用方法:1、首先用酒精擦拭芯片和散熱靜鉆接向：晾干（約Imin后即可）2、采用0.12mm的導(dǎo)熱膠印刷工裝，涂膠方式推薦為固化水涂在散熱器上，導(dǎo)熱 貶涂在芯片及面。3、3用卜凈的白制在散熱器上刷涂固化水,不超過2滴，便粘結(jié)面勺洞海的痕跡即 嘰然后待固化水揮發(fā)15slmin后（不能超過30min）,組裝上

5、散熱器4,采用510N的壓力，從中間均勻擠壓散熱描,以使膠層均勻分布，實現(xiàn)良好的 粘結(jié)層：5、固化時，采用壓塊工裝施加約Ipsi的壓強,以控制膠層的厚叟在0.15mm以卜;6、 股情況卜.40min . 315膠的粘接強度可達到完全固佬的80%： 24h后, 315膠可完全固化.導(dǎo)熱介質(zhì)導(dǎo)熱墊主要應(yīng)用及特點： 主要用于當(dāng)暈導(dǎo)體器件與散熱表面之間有較大間隙需要填充 用于幾個芯片要同時要共用散熱器或散熱底盤時,但間隙不一樣的場合 用于加工公差加大的場合,表面粗糙度較大的場合， 由于導(dǎo)熱墊的彈性，使導(dǎo)熱墊能減振，防止沖擊，且便于安裝和拆卸。彈性導(dǎo)熱姓城堰打罐或 具他我體導(dǎo)熱介質(zhì)-導(dǎo)熱墊導(dǎo)熱集使用時需

6、要 一定的安裝力，選 用時需要考慮芯片 的承受能力壓縮*越大，熱 阻越小壓縮及越大，量終厚度越小.熱阻越小導(dǎo)熱介質(zhì)相變導(dǎo)熱膜相變層與導(dǎo)熱層蒙體（玻璃纖維/鎧箱,或沒有載體）導(dǎo)熱介質(zhì)-導(dǎo)熱墊我公司現(xiàn)有的導(dǎo)熱硅膠墊:供應(yīng)意號號皓系數(shù)V一體影JK條數(shù).g AT-流體v,向葡小1它反映自然對流程度的特征數(shù).當(dāng)格拉曉夫數(shù)相當(dāng)大, 約Gr10E9時，自然對流邊界層就會失去穩(wěn)定而從層 流狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪鳡顟B(tài).所以格拉曉夫數(shù)Gr在自然對 流過程中的作用相當(dāng)于田諾數(shù)Re在受迫對流過程中的 作用，其大小能確定邊界層的流動狀杳.熱輻射任意物體的輻射能力可用下式計算一=2片式中： 一物體的表面黑度；。0 斯蒂芬玻爾茲曼

7、常數(shù)，5.67X 10/V/(m2-K4)：A 輻射表面積，m2：T物體表面的熱力學(xué)溫度，K.鏡體是指反射比P=1的物體。絕對透明體是指穿透比T = 1的物體，純乂體是指吸收比。=1的物體C黑度:在一定溫股下. 將灰體的輻射能力與同溫度下黑體的幅射能力之比; 為物體的黑度,或物體的發(fā)射率.用衣示9熱輻射物體農(nóng)面的輻射計算是及其復(fù)雜的,其中最曲單的是兩個面 枳相同IL正對若的表面間的輻射換熱中濘算公式.：Q=A*5.67e-8/(l/ h+l/e c-l)*(Th4-Tc4)公式中T指的是物體的絕對溫度值=攝氏溫度值+ 273.15： e是表面的黑度或發(fā) 射率，該值取決了物質(zhì)種類，表面溫度和表面

8、狀況，與外界條件無關(guān)，也與顏色 無關(guān).磨光的鋁表面的黑度為0.04,氧化的鋁表面的黑度為03 油漆表面的黑度 達到0.8,雪的黑度為0.8。塑料外殼灰面噴漆，PC B表面會涂數(shù)綠油,表面黑度都可以達到 0.8,這些都有利了輻射散熱。對廣金屬外殼，可以進行一些表面處理 來提高黑度，強化散熱。對掘射散熱一個最大錯誤認識是認為黑色可以強化熱輻射，通常散 熱器表面黑色處理也助長了這種認識。實際卜.物體溫度低于18o(rc時， 有意義的熱輻射波長位0.38100 um之間，且大部分能量位r紅外波 段0.7620Hm范圍內(nèi)，在可見光波段內(nèi)，熱輻射能顯比重并不大。顏色 只與可見光吸收和關(guān)，與紅外輻射無關(guān)，只

9、大人們穿淺色的衣服降低太 陽光中的可見光輻射吸收.電子設(shè)備冷卻方法的選擇一1. 6leCW/cn:大外 愛）11空氣. 冷延 K核赫修MX*W()升為40七OOifiM于定燈單元內(nèi)林的冷卻為時冷法流和功度 升-C種方熱度積密 海40各卻的至體率便 64264 20 642 11 111P二主國電子設(shè)備冷卻方法的選擇冷卻方法換熱系數(shù)W/ （m2-K）表面熱流密度,w/cmz （今排熱表斯，介及的1UL力40tl空氣自然對流6 160.024-0.064水H然對流230-5800.9 2.3空氣強制對流（風(fēng)冷）25-1500.1-0.6油強制對流（油冷）60-50000.24-20水強制對流（水冷

10、）3500-1100014-44水沸特（蒸發(fā)冷卻）報大54000最大1351）水蒸氣膜狀凝結(jié)11000- 260002.6-112)有機液蒸汽膜狀凝結(jié)1800- 38000.38-1.82)1）俯餌&而和介任的而節(jié)為25CHh2）當(dāng)換熱度而和介盛的盅4為1、1QU時e電ri殳備中常用的冷卻方法能孤到的對流換熱系數(shù)及面熱流密度值 如卜夫所示：電子設(shè)備冷卻方法的選擇冷卻方法可根據(jù)熱流密度和溫升要求，按照卜.圖關(guān)系進行屈界 &種方 法適用于溫升要求不同的各類設(shè)備由此圖可知,當(dāng)元件表面與 環(huán)境之間的允許溫為60 C時,空氣的自然對流（包 括俑射）僅對熱流密度低于 0.05W/cm2時有效.強迫風(fēng) 冷可

11、使表面對流換熱系數(shù)大 約提高一個數(shù)量級，如在允 許溫差為100 P時，風(fēng)冷最 大nJ能提供1W/cm2的傳熱 能力。電子設(shè)備冷卻方法的選擇/設(shè)備內(nèi)部的散熱方法應(yīng)使發(fā)熱元器件與被冷卻表面或散熱器之間有一 條低熱阻的傳熱路徑。/利用金屬導(dǎo)熱是最基本的傳熱方法，其熱路容易控制.熱輻射換熱則 需要比較高的溫差,且傳熱路徑不容易控制.對流換熱需要較大的面 積，在安裝密度較存的設(shè)備內(nèi)部難以滿足要求,大多數(shù)小型電子元器件最好采用自然冷卻方法,自然對流冷卻表面的 熱流密度為0.039W/cm2 有些高溫元器件的熱流密度可高達 0.078W/cm2 .，強迫空氣冷卻是一種較好的冷卻方法。/熱管的傳熱性能比相同的

12、金屬導(dǎo)熱要高幾十倍,且兩端的溫差很小. 應(yīng)用熱管時，主要問題是如何減小熱管兩端接觸界面上的熱阻電子設(shè)備冷卻方法的選擇功耗為300W的電子組件，擬將共裝在一個248mm X 381mmX432mm的機柜里，放在正常室溫的空氣中，是否需要對此機柜采 取特殊的冷卻措施？是否可以把此機柜設(shè)計得再小一些？體積功率密度：域=300熱流密度；0 =V 0.248x0381x0.432300= 735OFF/w2 x (0.248 x 0.381 + 0.248 x 0.432 + 0381 x 0.432)= 410%/6 2由于機，很小，而（?值與圖表中空氣自然冷卻的最大熱流密度 比較接近，因此不需要采取

13、特殊冷卻方法，依靠空氣的自然對流 散熱就足夠了。由圖表可知，若采用強迫風(fēng)冷，熱流密度為30Q0W/m2,因 此，采用風(fēng)冷時，可以把機柜表面積減小至iJO.lm?（自然冷卻所 需的面積為0.75m2）。電子設(shè)備自然冷卻為了說明機殼結(jié)構(gòu)對電子設(shè)備溫度的影響，可以通過下圖所示的試驗裝 置的試驗加以說明.其中熱源為80W.位于試驗裝置的中心位置，機殼 用各種不同結(jié)構(gòu)形式的鋁板制成，進行任意組合，可滿足不同結(jié)構(gòu)形式 的需要，試驗裝置404*304F24mmZ-m (r)4, VTAtfcDr同I，一K1坤興為終會床上晃，外左以智202116l5IlkStsltlSIW2界賣內(nèi)外表武允我外宣再M開百日IK

14、IS19121X5U342一3內(nèi)友為憑嗝,MTF16UU1311-3xurM42394外京外*叁黑蟲，內(nèi)雙方北先，焦開百力812x9K10272力r3外光外我諭光充.與表而杳無&,外亦19IN 5ISMIIJm96外長內(nèi)HJI由育虐外光川)51412II)010191392*T忤次內(nèi)外來施尾方外代科升口葉W115129S&$945120li1如花內(nèi)外表(,上以開槽最，*植汗小？1內(nèi)戈開IT葉S)MIBI，增加只殼內(nèi)外表制的黑度、開通風(fēng)孔帶,都能降低電子元器件的溫度。比較試總2和試冷6,機光內(nèi)外衣面懸黑度的散熱效果比低R度開通風(fēng)孔的敷熱效果 好.以試K 1為基*.內(nèi)外表面用思皮時.內(nèi)部平均溫度降

15、低的20C,而低土度行通風(fēng)孔時. M度只降低的八 以光的例均為島黑度的散熱效果優(yōu)于只是一例息黑度雨的散制效聚.提高外表面的聯(lián) 乂足奸機泥川溫發(fā) n有效力法.(S a機無內(nèi)外表面增加黑度的提砒.，合理地改成通風(fēng)紀構(gòu)，加強冷卅空氣的時流,可 以明兄花降低設(shè)新內(nèi)部的溫度.電子設(shè)備自然冷卻密封機箱溫升的推算和散熱限度: 密封機箱所有表面所散發(fā)的熱量在工程上可以近似用下面的公式來估算:07=1 .86(Ss+：St +13sOO式中：0T：卷封機箱表面的散熱量,W4機箱側(cè)面的有效面積,nt?St：機箱頂面的表面積.m2Sb :機箱的底面積，m2t ：機箱的溫升值，r。： 斯忒潘玻爾茲曼常熟,5.67X1

16、0-W/(m2./C4)： 機箱的表面黑度Tm = 0.5(T+Ta)Tt機箱的表面溫度.KTa ：環(huán)境溫度，KS = sa + st sb電子設(shè)備自然冷卻機箱表面積與散熱限度的關(guān)系如下圖:密封機箱的散熱量取決于其表面枳，若要求機箱的溫度保持在一定范圍 內(nèi)，對給定的機箱表面積，其所能散熱的熱量是有限度的一電子設(shè)備自然冷卻上面圖標(biāo)的使用說明;設(shè)舍內(nèi)環(huán)境溫度為20 c.機箱的表面黑度為0.3,則表面積為3m2的 密封機箱，內(nèi)部發(fā)熱量為150W時（見圖中A點），在自然冷卻條件下， 機箱的溫升可在15匕以內(nèi)、若內(nèi)部發(fā)熱量為300W時（B點）,可知在自然冷卻時,機箱的溫升 在1525匕；若此時要求溫升在15匕以內(nèi),則采用密封機箱自然冷卻就 滿足不了要求，即超過了機箱的散熱限度，這時就要對密封機箱采取強迫 風(fēng)冷或選擇通風(fēng)機箱如果內(nèi)部發(fā)熱量為200W （C點），則可以判斷，如果注意機箱的安 放地點和方式，可將機箱的溫升控制在15 P以內(nèi).電子設(shè)備自然冷卻通風(fēng)機箱溫升的推算和散熱限度：自然散熱的通風(fēng)機箱主要經(jīng)由機箱表面散熱和自然通風(fēng)帶走熱量兩種方 式來進行散熱：0T=1.86（S5+|st 4-|sb）At125 + 4aTm3SAt + lOOO/MAt式中：通風(fēng)孔處的風(fēng)速.