电子散热设计讲义.ppt

凌昕Advanced Thermal Solution (ATS)-China北京天源博通科技有限公司地址:北京海淀区复兴路65号电信实业大厦812室邮编:100036手机电话:010传真:010 ? 热设计的概念和基础? 冷却方法的选择? 风道设计的基本原则? 风机的选用方法和原则? 噪声测量及控制? PCB板热设计? 散热器的选择? 热测试的目的和方法? 热仿真分析 热设计的概念和基础 The Primary Cause for Failure in Electronic Equipment电子设备故障的主要原因 (“热”对电子可靠性的影响 1.约40%以上的电子产品可靠性(寿命)故障是由温度问题引起的法则：电子零件的温度每上升10度，寿命减少一半。 2.电子器件性能随工作温度的增加而改变（电容影响最明显） 3.电子封装失效的比例直接与热成正比，而且与封装的最高温度成指数增长 失效的比例可描述为： F = Ae-E/KT where, F = failure rate, 失效率 A=constant 常数 E = activation energy in electron volts (eV) 激活的电能 K = Boltzmann’s constant (8.63e-5eV/K), and T = junction temperature in K 热量传递的基本方式 热量总是自发地从高温区传向低温区或从物 体高温部分传向低温部分。 三种传递方式： 1、传导 2、对流 3、辐射 传导 物体直接接触时, 通过分子间动能传递进行 能量交换的现象。 Q ---- 传导散热量, W K ---- 导热系数, W/m·℃ A ---- 导体横截面积, m2 △t ---- 传热路径两端温差, ℃ L ---- 传热路径长度, m Q = K A △t / L 常用材料的导热系数： 铝约180、压铸铝120、铁约40 、铜390（但铜的 密度是铝的3倍，重量、价格）,石墨是各向异性，x方向是10，Y，Z方向可以达到600，而且重量很轻。 导热系数大，内部温差就小 热管是一种传热能力极高的结构，其导热系数可达10000以上 我们常常在芯片与散热器之间增加导热（绝缘）材料，是因为两个表面间凸凹不平，中间有空气，需要用导热性能好的材料填充。材料要求形状适应性好，尽可能薄、压力大（注意芯片能承受的最大压 力）； 常见的导热介质材料有导热胶、导热硅脂、导热软硅胶垫片、导热云母片、导热相变材料等，适用场合各不相同； 由于导热硅脂的填充性好，在两个比较平的表面上，热阻比其它导热绝缘材料小； 目前常用导热硅脂的导热系数为0.8～1，但也有2、4、5，最大可达10。 对流 流体通过一固体表面时发生的流体与 固体壁面的换热现象。 Q ---- 对流散热量, W hC ---- 换热系数, W/m2·℃ A ---- 有效换热面积, m2 △t ---- 换热表面与流体温差, ℃ Q = hc A △t 对流换热 对流换热量与两个因素有关，表面流速与换热面积。 我们使用散热片，实质上就是增加换热面积； 当速度增加到一定程度后，换热量的增加就不是很明显； 通常，在风机强迫冷却的情况，插箱单板间的风速可超过1m/s。 辐射 通过电磁波传递热量的过程。 Q = ε · σ · T4 Q ---- 辐射散热量, W ε ---- 散热表面辐射率, W/m2·℃ σ---- 斯蒂芬-玻尔兹曼常数, 5.67×108(W/m2K4) T ---- 绝对温度, K 辐射换热 辐射换热主要要求温差大； 辐射率的影响因素：材料、表面粗糙度、波长等； 对户外设备，辐射率大，吸收率也大，因此要注意防辐射的措施； 对于自然散热的情况，必须考虑辐射散热，这时，辐射散热是一种重要的散热方法；对于强迫冷却的设备，可以忽略辐射散热。 热阻 将热流量（功耗）模拟为电流；温差模拟为电压；热阻模拟为电阻。 冷却方法的选择 冷却方法的分类 按冷却剂与被冷元件之间的配置关系 a. 直接冷却 b. 间接冷却 按传热机理 a.自然冷却（包括导热、自然对流和辐射换热的单独作用或两种 以上换热形式的组合） b. 强迫冷却（包括强迫风冷和强迫液