人們都知道熱傳導(dǎo)有三種形式

1、=Word行業(yè)資料分享-可編輯版本-雙擊可刪=人們都知道熱傳導(dǎo)有三種形式：輻射、傳導(dǎo)、對(duì)流。熱傳導(dǎo)：熱量從系統(tǒng)的一部分傳到另一部分或由一個(gè)系統(tǒng)傳到另一系統(tǒng)的現(xiàn)象叫做熱傳導(dǎo)。熱傳導(dǎo)是固體中熱傳遞的主要方式。在氣體或液體中，熱傳導(dǎo)過程往往和對(duì)流同時(shí)發(fā)生。各種物質(zhì)的熱傳導(dǎo)性能不同，一般金屬都是熱的良導(dǎo)體，玻璃、木材、棉毛制品、羽毛、毛皮以及液體和氣體都是熱的不良導(dǎo)體，石棉的熱傳導(dǎo)性能極差，常作為絕熱材料。熱從物體溫度較高的一部分沿著物體傳到溫度較低的部分的方式叫做熱傳導(dǎo)。對(duì)流:液體或氣體中較熱部分和較冷部分之間通過循環(huán)流動(dòng)使溫度趨于均勻的過程。對(duì)流是液體和氣體中熱傳遞的主要方式，氣體的對(duì)流現(xiàn)象比液體

2、明顯。對(duì)流可分自然對(duì)流和強(qiáng)迫對(duì)流兩種。自然對(duì)流往往自然發(fā)生，是由于溫度不均勻而引起的。強(qiáng)迫對(duì)流是由于外界的影響對(duì)流體攪拌而形成的?？繗怏w或液體的流動(dòng)來傳熱的方式叫做對(duì)流。熱輻射：物體因自身的溫度而具有向外發(fā)射能量的本領(lǐng)，這種熱傳遞的方式叫做熱輻射。熱輻射雖然也是熱傳遞的一種方式，但它和熱傳導(dǎo)、對(duì)流不同。它能不依靠媒質(zhì)把熱量直接從一個(gè)系統(tǒng)傳給另一系統(tǒng)。熱輻射以電磁輻射的形式發(fā)出能量，溫度越高，輻射越強(qiáng)。輻射的波長(zhǎng)分布情況也隨溫度而變，如溫度較低時(shí)，主要以不可見的紅外光進(jìn)行輻射，在500攝氏度以至更高的溫度時(shí)，則順次發(fā)射可見光以至紫外輻射。熱輻射是遠(yuǎn)距離傳熱的主要方式，如太陽(yáng)的熱量就是以熱輻射的形

3、式，經(jīng)過宇宙空間再傳給地球的。高溫物體直接向外發(fā)射熱的現(xiàn)象叫做熱輻射。熱的導(dǎo)體各種物體都能夠傳熱，但是不同物質(zhì)的傳熱本領(lǐng)不同.容易傳熱的物體叫做熱的良導(dǎo)體，不容易傳熱的物體叫做熱的不良導(dǎo)體。金屬都是熱的良導(dǎo)體。瓷、木頭和竹子、皮革、水都是不良導(dǎo)體。金屬中最善于傳熱的是銀，其次是銅和鋁.最不善于傳熱的是羊毛、羽毛、毛皮、棉花，石棉、軟木和其他松軟的物質(zhì)。液體，除了水銀外，都不善于傳熱，氣體比液體更不善于傳熱.散熱器材料的選擇散熱片的制造材料是影響效能的重要因素，選擇時(shí)必須加以注意！目前加工散熱片所采用的金屬材料與常見金屬材料的熱傳導(dǎo)系數(shù)：金317W/mK銀429W/mK鋁401W/mK鐵237W

4、/mK銅48W/mKAA6061型鋁合金155W/mKAA6063型鋁合金201W/mKADC12型鋁合金96W/mKAA1070型鋁合金226W/mKAA1050型鋁合金209W/mK1米距離的溫差為1開爾文(1K=1C)熱傳導(dǎo)系數(shù)的單位為W/mK,即截面積為1平方米的柱體沿軸向時(shí)的熱傳導(dǎo)功率.熱傳導(dǎo)系數(shù)自然是越高越好，但同時(shí)還需要兼顧到材料的機(jī)械性能與價(jià)格.熱傳導(dǎo)系數(shù)很高的金、銀，由于質(zhì)地柔軟、密度過大、及價(jià)格過于昂貴而無法廣泛采用；鐵則由于熱傳導(dǎo)率過低，無法滿足高熱密度場(chǎng)合的性能需要，不適合用于制作計(jì)算機(jī)空冷散熱片.銅的熱傳導(dǎo)系數(shù)同樣很高，可礙于硬度不足、密度較大、成本稍高、加工難度大等

5、不利條件，在計(jì)算機(jī)相關(guān)散熱片中使用較少，但近兩年隨著對(duì)散熱設(shè)備性能要求的提高，越來越多的散熱器產(chǎn)品部分甚至全部采用了銅質(zhì)材料.鋁作為地殼中含量最高的金屬，因熱傳導(dǎo)系數(shù)較高、密度小、價(jià)格低而受到青睞；但由于純鋁硬度較小，在各種應(yīng)用領(lǐng)域中通常會(huì)摻加各種配源-于-網(wǎng)-絡(luò)-收-集=Word行業(yè)資料分享-可編輯版本-雙擊可刪=方材料制成鋁合金，寄此獲得許多純鋁所不具備的特性，而成為了散熱片加工材料的理想選擇.各種鋁合金材料根據(jù)不同的需要，通過調(diào)整配方材料的成分與比例，可以獲得各種不同的特性，適合于不同的成形、加工方式，應(yīng)用于不同的領(lǐng)域.上表中列出的5種不同鋁合金中:AA6061與AA6063具有不錯(cuò)的熱

6、傳導(dǎo)能力與加工性，適合于擠壓成形工藝，在散熱片加工中被廣為采用.ADC12適合于壓鑄成形，但熱傳導(dǎo)系數(shù)較低，因此散熱片加工中通常采用AA1070鋁合金代替，可惜加工機(jī)械性能方面不及ADC12.AA1050則具有較好的延展性，適合于沖壓工藝，多用于制造細(xì)薄的鰭片.如何判斷芯片是否需要增加散熱措施如何判斷芯片是否需要增加散熱措施【鋁合金散熱器】第一步：搜集芯片的散熱參數(shù).主要有：P、Rja、Rjc、Tj等第二步：計(jì)算Tc-max:Tc-max=Tj-Rjc*P第三步：計(jì)算要達(dá)到目標(biāo)需要的Rca:Rca=(Tc-max-Ta)/P第四步：計(jì)算芯片本身的Rca':Rca'=RjRjc如

7、果Rca大于Rca'說明不需要增加額外的散熱措施.如果Rca小于Rca'說明需要增加額外的散熱措施.比如增加散熱器、增加風(fēng)扇等等.如前所述,Rja不能用于準(zhǔn)確的計(jì)算芯片的溫度，所以這種方法只能用于簡(jiǎn)單的判斷.而不能用于最終的依據(jù).下面舉一個(gè)簡(jiǎn)單的例子：例:某芯片功耗一一1.7W;Rja53C/W;Tj125C;Rjc25C/W,芯片工作的最大環(huán)境溫度是50C.判斷該芯片是否需要加散熱器，散熱器熱阻是多少.Tc-max=Tj-Rjc*P=125C-25C/W*1.7W=CRca=(Tc-max-Ta)/P=(82.5-50)1.7=C/WRca'=RjaRjc=53-25

8、=28C/WRca小于Rca'所以需要增加散熱器.散熱器的熱阻假設(shè)為Rs,則有:源-于-網(wǎng)-絡(luò)-收-集=Word行業(yè)資料分享-可編輯版本-雙擊可刪=Rs/ZRca'小于RcaRs*28/（Rs+28）小于19.12Rs小于CZW所以選用的散熱器熱阻必須小于cZW.在普通的數(shù)字電路設(shè)計(jì)中，我們很少考慮到集成電路的散熱，因?yàn)榈退傩酒墓囊话愫苄。谡５淖匀簧釛l件下，芯片的溫升不會(huì)太大.隨著芯片速率的不斷提高，單個(gè)芯片的功耗也逐漸變大，例如：Intel的奔月HCPU的功耗可達(dá)到25W.當(dāng)自然條件的散熱已經(jīng)不能使芯片的溫升控制在要求的指標(biāo)之下時(shí)，就需要使用適當(dāng)?shù)纳岽胧﹣砑涌煨酒?/p>

9、表面熱的釋放，使芯片工作在正常溫度范圍之內(nèi).通常條件下，熱量的傳遞包括三種方式：傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射.傳導(dǎo)是指直接接觸的物體之間熱量由溫度高的一方向溫度較低的一方的傳遞，對(duì)流是借助流體的流動(dòng)傳遞熱量，而輻射無需借助任何媒介，是發(fā)熱體直接向周圍空間釋放熱量.在實(shí)際應(yīng)用中，散熱的措施有散熱器和風(fēng)扇兩種方式或者二者的同時(shí)使用.散熱器通過和芯片表面的緊密接觸使芯片的熱量傳導(dǎo)到散熱器，散熱器通常是一塊帶有很多葉片的熱的良導(dǎo)體，CZW.選擇散熱器時(shí)，除了機(jī)械尺寸的考慮之外，最重要的參數(shù)就是散熱器的熱阻.熱阻越小，散熱器的散熱能力越強(qiáng).散熱設(shè)計(jì)的一些基本原則業(yè)裕鋁合金散熱器散熱設(shè)計(jì)的一些基本原則從有利于散熱的角

10、度出發(fā)，印制版最好是直立安裝，板與板之間的距離一般不應(yīng)小于2cm,而且器件在印制版上的排列方式應(yīng)遵循一定的規(guī)則：對(duì)于采用自由對(duì)流空氣冷卻的設(shè)備，最好是將集成電路（或其它器件）按縱長(zhǎng)方式排列，如圖3示;對(duì)于采用強(qiáng)制空氣冷卻的設(shè)備，最好是將集成電路（或其它器件）按橫長(zhǎng)方式排列.同一塊印制板上的器件應(yīng)盡可能按其發(fā)熱量大小及散熱程度分區(qū)排列，發(fā)熱量小或耐熱性差的器件（如小信號(hào)晶體管、小規(guī)模集成電路、電解電容等）放在冷卻氣流的最上流（入口處，發(fā)熱量大或耐熱性好的器件（如功率晶體管、大規(guī)模集成電路等）放在冷卻氣流最下游.在水平方向上，大功率器件盡量靠近印制板邊沿布置，以便縮短傳熱路徑；在垂直方向上，大功率

11、器件盡量靠近印制板上方布置，以便減少這些器件工作時(shí)對(duì)其它器件溫度的影響對(duì)溫度比較敏感的器件最好安置在溫度最低的區(qū)域（如設(shè)備白底部，千萬(wàn)不要將它放在發(fā)熱器件的正上方，多個(gè)器件最好是在水平面上交錯(cuò)布局.設(shè)備內(nèi)印制板的散熱主要依靠空氣流動(dòng)，所以在設(shè)計(jì)時(shí)要研究空氣流動(dòng)路徑，合理配置器件或印制電路板.空氣流動(dòng)時(shí)總是趨向于阻力小的地方流動(dòng)，所以在印制電路板上配置器件時(shí)，要避免在某個(gè)區(qū)域留有較大的空域.整機(jī)中多塊印制電路板的配置也應(yīng)注意同樣的問題業(yè)裕鋁合金散熱器-功率器件的散熱計(jì)算及散熱器選擇源-于-網(wǎng)-絡(luò)-收-集=Word行業(yè)資料分享-可編輯版本-雙擊可刪=功率器件的散熱計(jì)算及散熱器選擇目前的電子產(chǎn)品主要

12、采用貼片式封裝器件，但大功率器件及一些功率模塊仍然有不少用穿孔式封裝，這主要是可方便地安裝在散熱器上，便于散熱。進(jìn)行大功率器件及功率模塊的散熱計(jì)算，其目的是在確定的散熱條件下選擇合適的散熱器，以保證器件或模塊安全、可靠地工作。散熱計(jì)算任何器件在工作時(shí)都有一定的損耗，大部分的損耗變成熱量。小功率器件損耗小，無需散熱裝置。而大功率器件損耗大，若不采取散熱措施，則管芯的溫度可達(dá)到或超過允許的結(jié)溫，器件將受到損壞。因此必須加散熱裝置，最常用的就是將功率器件安裝在散熱器上，利用散熱器將熱量散到周圍空間，必要時(shí)再加上散熱風(fēng)扇，以一定的風(fēng)速加強(qiáng)冷卻散熱。在某些大型設(shè)備的功率器件上還采用流動(dòng)冷水冷卻板，它有更

13、好的散熱效果。散熱計(jì)算就是在一定的工作條件下，通過計(jì)算來確定合適的散熱措施及散熱器。功率器件安裝在散熱器上。它的主要熱流方向是由管芯傳到器件的底部，經(jīng)散熱器將熱量散到周圍空間。若沒有風(fēng)扇以一定風(fēng)速冷卻，這稱為自然冷卻或自然對(duì)流散熱。熱量在傳遞過程有一定熱阻。由器件管芯傳到器件底部的熱阻為RJC,器件底部與散熱器之間的熱阻為RCS,散熱器將熱量散到周圍空間的熱阻為RSA,總的熱阻RJA=RJC+RCS+RSA。若器件的最大功率損耗為PD,并已知器件允許的結(jié)溫為TJ、環(huán)境溫度為TA,可以按下式求出允許的總熱阻RJA。RJA<(TJ-TA)/PD則計(jì)算最大允許的散熱器到環(huán)境溫度的熱阻RSA為R

14、SAW(T_J-T_AoverP_D)-(RJC+RCS)出于為設(shè)計(jì)留有余地的考慮，一般設(shè)TJ為125C。環(huán)境溫度也要考慮較壞的情況，一般設(shè)TA=40C60CoRJC的大小與管芯的尺寸封裝結(jié)構(gòu)有關(guān)，一般可以從器件的數(shù)據(jù)資料中找到。RCS的大小與安裝技術(shù)及器件的封裝有關(guān)。如果器件采用導(dǎo)熱油脂或?qū)釅|后，再與散熱器安裝，其RCS典型值為0.1C/W;若器件底面不絕緣，需要另外加云母片絕緣，則其RCS可達(dá)1C/W。PD為實(shí)際的最大損耗功率，可根據(jù)不同器件的工作條件計(jì)算而得。這樣，RSA可以計(jì)算出來，根據(jù)計(jì)算的RSA值可選合適的散熱器了。散熱器簡(jiǎn)介小型散熱器(或稱散熱片)由鋁合金板料經(jīng)沖壓工藝及表面處

15、理制成，而大型散熱器由鋁合金擠壓形成型材，再經(jīng)機(jī)械加工及表面處理制成。它們有各種形狀及尺寸供不同器件安裝及不同功耗的器件選用。散熱器一般是標(biāo)準(zhǔn)件，也可提供型材，由用戶根據(jù)要求切割成一定長(zhǎng)度而制成非標(biāo)準(zhǔn)的散熱器。散熱器的表面處理有電泳涂漆或黑色氧極化處理，其目的是提高散熱效率及絕緣性能。在自然冷卻下可提高1015%,在通風(fēng)冷卻下可提高3%,電泳涂漆可耐壓500800V。散熱器廠家對(duì)不同型號(hào)的散熱器給出熱阻值或給出有關(guān)曲線，并且給出在不同散熱條件下的不同熱阻值。計(jì)算實(shí)例源-于-網(wǎng)-絡(luò)-收-集=Word行業(yè)資料分享-可編輯版本-雙擊可刪=一功率運(yùn)算放大器PA02（APEX公司產(chǎn)品）作低頻功放，其電路

16、如圖1所示。器件為8引腳TO-3金屬外殼封裝。器件工作條件如下：工作電壓VS為18V;負(fù)載阻抗RL為4，工作頻率直流條件下可到5kHz,環(huán)境溫度設(shè)為40C,采用自然冷卻。查PA02器件資料可知：靜態(tài)電流IQ典型彳1為27mA,最大值為40mA;器件的RJC（從管芯到外殼）典型值為C/W,最大值為C/Wo器件的功耗為PD:PD=PDQ+PDOUT式中PDQ為器件內(nèi)部電路的功耗，PDOUT為輸出功率的功耗。PDQ=IQ(VS+|-VS|),PDOUT=VA2_S/4RL,代入上式PD=IQ(VS+|-VS|)+VA2_S/4RL=37mA(36V)+18V2/44式中靜態(tài)電流取37mA。散熱器熱阻

17、RSA計(jì)算：RSAW(T_J-T_AoverP_D)-(R_JC+R_CS)為留有余量，TJ設(shè)125C,TA設(shè)為40C,RJC取最大值（RJC=C/W）,RCS取C/W,（PA02直接安裝在散熱器上，中間有導(dǎo)熱油脂）。將上述數(shù)據(jù)代入公式得RSAW125C-40Cover21.6W-（C/W+C/W）<C/WHSO4在自然對(duì)流時(shí)熱阻為C/W,可滿足散熱要求。注意事項(xiàng)1 .在計(jì)算中不能取器件數(shù)據(jù)資料中的最大功耗值，而要根據(jù)實(shí)際條件來計(jì)算；數(shù)據(jù)資料中的最大結(jié)溫一般為150C,在設(shè)計(jì)中留有余地取125C,環(huán)境溫度也不能取25C（要考慮夏天及機(jī)多f的實(shí)際溫度）。2 .散熱器的安裝要考慮利于散熱的方向，并且要在機(jī)箱或機(jī)殼上相應(yīng)的位置開散熱孔（使冷空氣從底部進(jìn)入，熱空氣從頂部散出）。3 .若器件的外殼為一電極，則安裝面不絕緣（與內(nèi)部電路不絕緣）。安裝時(shí)必須采用云母墊