产品的热设计(初级版).ppt

产品的热设计基础(初级版) 李泉明 介绍 为什么要进行热设计？ 高温对电子产品的影响：绝缘性能退化；元器件损坏；材料的热老化；低熔点焊缝开裂、焊点脱落。 温度对元器件的影响：一般而言，温度升高电阻阻值降低；高温会降低电容器的使用寿命；高温会使变压器、扼流圈绝缘材料的性能下降， 一般变压器、扼流圈的允许温度要低于95C；温度过高还会造成焊点合金结构的变化—IMC增厚，焊点变脆，机械强度降低；结温的升高会使晶体管的电流放大倍数迅速增加，导致集电极电流增加，又使结温进一步升高，最终导致元件失效。 介绍 热设计的目的 控制产品内部所有电子元器件的温度，使其在所处的 工作环境条件下不超过标准及规范所规定的最高温度。最高允许温度的计算应以元器件的应力分析为基础,并且与产品的可靠性要求以及分配给每一个元器件的失效率相一致。 在本次讲座中将学到那些内容 热设计的基本理论、基本数据、设计原则、测试方法及相关测试仪表。 授课内容 热设计的基础知识 30分钟 热设计的基本要求及一般设计准则 30分钟 风扇的基本知识 15分钟 热界面材料 10分钟 热设计验证方法 25分钟 热设计的验证标准 10分钟 概述 热设计的基础知识：热设计基本概念与术语、散热的基本方式、热电模拟法、热路及热网络 热设计的基本要求及一般设计准则：通过实例分析，讲述热设计的设计要求及准则。 风扇的基本知识：风扇的选型方法，应用准则。 热界面材料：热界面材料的种类、选型准则。 热设计验证方法：热测试相关的仪器/仪表的特点/及使用场合/注意事项、如何减少热测试误差的方法及注意事项。 热设计的验证标准：热设计的验证标准。 热设计的基础知识 热设计的基本概念 热特性：设备或元器件温升随热环境变化的特性，包括温度、压力和流量分布特征。 导热系数： 表征材料导热性能的参数指标，它表明单位时间、单位面积、负的温度梯度下的导热量，单位为W/m.K或W/m.℃。 对流换热系数：反映两种介质间对流换热过程的强弱，表明当流体与壁面的温差为1 ℃时，在单位时间通过单位面积的热量，单位为W/m2.K或W/m2.℃。 热阻：热量在热流路径上遇到的阻力，反映介质或介质间的传热能力的大小，表明了1W热量所引起的温升大小，单位为℃/W或K/W，可分为导热热阻，对流热阻，辐射热阻及接触热阻四类。 热设计的基础知识 热设计的基本概念 流阻： 反映流体流过某一通道时所产生的压力差。单位帕斯卡或mm.H2O或巴 。 定性温度：确定对流换热过程中流体物理性质参数的温度。 肋片的效率：表示某一扩展表面单位面积所能传递的热量与在同样条件下光壁所能传递的热量之比 黑度：实际物体的辐射力和同温度下黑体的辐射力之比，它取决于物体种类、表面状况、表面温度及表面颜色。 雷诺数Re(Reynlods)：雷诺数的大小反映了流体流动时的惯性力与粘滞力的相对大小，雷诺数是说明流体流态的一个相似准则。 热设计的基础知识 热设计的基本概念 热设计的基础知识 热设计的基本概念 温度稳定：当设备处于工作状态时，设备中发热元器件表面温度每小时变化波动范围在±1℃内时，称温度稳定。 设备外部环境温度：设备达到稳定温度时距离设备各主要表面几何中心80mm处空气温度按各表面积的加权平均值。 机柜/箱表面温度：设备达到稳定温度时各主要外表面几何中心点上温度的平均值。 热点：元器件、散热器和冷板的各个局部表面温度最高的位置。热点器件指单板上温度最高和较高的器件。 温升：元器件表面温度与设备外部环境温度的差值。用符号Δt表示。 热设计的基础知识 热设计的基本概念 温度与温升的区别：温度是量化介质热性能的一个指标，是一个绝对概念；温升是指介质自身或介质间温度的变化范围，它总是相对于不同时刻或同一时刻的另一介质，是一个相对概念。 层流与紊流(湍流)：层流指流体呈有规则的、有序的流动，换热系数小，流阻小；紊流指流体呈无规则、相互混杂的流动，换热系数大，流阻大。 风道的局部阻力与沿程阻力：局部阻力指由于风道的截面积发生变化而引起的压力损失； 沿程阻力指由于流体粘性而引起的压力损失。 表征温度的方式： 表征介质温度的方式有三种：摄氏温度，绝对温度，华氏温度，它们的换算关系如下： TK＝273＋Tc, Tc=5(TF-32)/9 热设计的基础知识 散热的基本方式 热量传递有三种方式：导热、对流和辐射，它们可以单独出现，也可能两种或三种形式同时出现 导热的基本方程： Q＝λF导 △t/δ=△t/R导 λ---- 导热系数，W/m.K或W/m.℃; F导--- 导热面积，m2