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经典散热原理.ppt

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散热器概念及介绍,shiyan 2012/07/24,1.散热目的,随着电子科技的发展及芯片制程的提升,电子组件的效能相对提高芯片越做越小,而单位体积所发出的热量亦越来越多,为了维持其正常的工作状态,热交换的动作也就相当的重要,加装于热源的上方的散热片是为了帮忙体积电路消散动作时所产生的热,以提高工作效率,,,,热传现象,热是一种自较暖物体流至较冷物体的称为热的看不到流体。,温度差为热传递的驱动力,温度差越大,热传率越高,,,,热传原理,热量是如何由温度高的地方传到温度低的地方?有三种主要传递方式而任何热交换均是由其中之一或者综合型态呈现。传导(Conduction) 对流(Convection) 辐射(Radiation),,,,,热传原理,传导(Conduction): 藉由邻近分子或自由电子的热运动程度之不同而传递热的方式 含较高之能量分子会透过碰撞 转动 振动等方式将能量转予较 冷的分子热传导公式可用Fourier定律来表示热通量与温差变化成正比Q=K‧A‧ (dT/dx)Q:传递热量(W) K: Thermal Conductivity W/m-KA: ContactArea(m2) dT/dx:是物体沿L方向的温度梯度,即温度变化率(K/m),,,,,热传原理,热传导K值越大 表示传热能力越强,,,,热传原理,对流(Convection): 藉由液体或气体的移动来传递热量的方式,牛顿冷却定律(Newton’s law of cooling)通过物体表面之热传率为:Q=h‧A‧(Ts-Tfl)Q:传递热量(W) h: Coefficient W/(m2‧K) A: ContactArea(m2)Ts: Wall Temperature (K) Tfl: Flow Temperature (K),Q/A,,,,,热传原理,对流常数:一般与流体的型态 速度 有关,,,,热传原理,辐射(Radiation): 不藉任何物体作媒介,将热直接由热源传至他处的热传导方式,式中: q=热传导速率(单位:W)  =辐射率或黑度(emissivity)  =斯蒂芬-波尔兹曼常数(约为5.67×10-8W/m2·K4) A1 =辐射面1的面积(单位:m2) T1 =辐射面1的绝对温度(单位:℃) T2 =辐射面2的绝对温度(单位:℃),Heat Sink Design Criteria,功率(Power)系统接受的△T 系统接受的噪音- Fan noise 可利用的:- Fan Housing Volume- Fin Volume 风扇的选择 热管的选择 界面热阻材料的选 择 环境,,Remote Heat Exchanger(RHE),好RHE架构可满足高冷却性能,在成本和制程上满足最佳. Keys to success - minimize thermal resistanceθjunction-ambient -maximize airflow and ∆Toutlet-inlet,Junction,Block,Hp1,Hp2,Fin,Ambient,Θj-b,Θb-hp1,Θhp1-hp2,Θhp1-fin,Θfin - amb,※任何一段热阻都是最大的冷却能力表现,,(Thermal network),,,散热设计的流程,,模拟分析,设计典型案例:,平台:Calpalla 14' cpu 35w vga:25w,平台:Calpalla 14' cpu 35w,平台:Cooler,平台:医疗器,平台:室外发射器,平台:AIO一体机,平台:上网本,散热应用行业,,主动式散热器零件介绍,界面材料--TIM 1-1-1 TIM操作原理,热传导系数:铜(385 W/m℃) 水(0.556 W/m℃) 空气(0.024 W/m℃),1-1-2 TIM类型和常用型号,焊接材料a.锡膏焊接回流曲线图:,预热 预热的最大倾斜被限制到2℃/sec,这样有利于助焊剂的润滑清洁作用; 产品加热: 预先加热设置从100℃通常被计算到与在70-120秒之间,典型的时间设置的熔点根据回焊炉内的产品体积的大小 回流: 回流温度设定比熔点高出30℃进行焊接 熔点时间最为重要,直接影响到焊剂与周边焊接的面积,回流时间控制在20-40S; 冷却 冷却的最大倾斜被限制到4℃/sec。,导热胶 Dow-Corning: 4450 Typical properties 粘合条件: 30 minutes @ 150℃ 导热系数: 1.97 W/ (mK) Shear strength after 30m @ 150℃: 3.65 Kgf/mm2 乐泰Loctite: 3873 Typical properties 粘合条件: Ambient,大于20℃ 导热系
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