第十讲 - 电子散热基础共27页文档
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散热知识详解目录热传递的原理与基本方式 (3)散热方式 (4)风冷 (4)液冷 (4)热管 (5)半导体制冷 (5)化学制冷 (5)第一、材质的选择 (5)纯铝散热器 (5)纯铜散热器 (6)铜铝结合技术 (6)第二、制作工艺 (6)1.底座的制作工艺 (6)拉丝工艺(研磨) (6)盘铣工艺(切削) (6)数控机床 (7)其它工艺 (7)2.常见的铜铝结合工艺 (7)扦焊 (7)贴片、螺丝锁合 (7)塞铜嵌铜 (7)3.散热器的加工成型技术 (8)铝挤压技术(Extruded) (8)铝压铸技术 (8)可挠性制程 (9)锻造制程 (9)刨床、切削工艺 (9)精密切割技术 (10)扩展结合工艺 (10)折叶(Fold FIN)技术 (10)压固法 (10)第三、风扇 (10)1.风量 (11)风量和风压 (11)风扇转速 (11)2.风扇噪音 (11)(1) 振动 (12)(2) 风噪 (12)(3) 异音 (12)3.风扇的使用寿命 (12)4.散热风扇的送风形式 (13)轴流风机 (13)离心风机 (13)其它改进风道的设计 (13)5.风扇的叶片 (13)叶片形状 (14)6.风扇的轴承 (14)含油轴承 (14)滚珠轴承 (14)单滚珠轴承 (14)双滚珠轴承 (15)来福轴承 (15)HYPRO轴承 (15)液压轴承 (15)纳米轴承 (15)第四、热管 (16)热管散热简介 (16)热管散热基础知识 (16)热管散热的适用范围 (16)热管散热的原理 (17)热管散热技术解析 (17)散热器材质的比热 (18)散热器与环境的热交换 (19)对作大功率LED照明的朋友,应该有一定的帮助。
热传递的原理与基本方式学过中学物理的朋友都知道,热传递主要有三种方式:第一传导:(Conduction)物质本身或当物质与物质接触时,能量的传递就被称为热传导,这是最普遍的一种热传递方式,由能量较低的粒子和能量较高的粒子直接接触碰撞来传递能量。
电子散热设计基础理论内容第一节 概述 1 第二节 热传导 1 第三节 热辐射7 第四节 热对流8 第五节 影响对流换热的因素11 5.1 流体运动产生的原因5.2 流动状态的影响5.3 流体物性的影响5.4 温度因素的影响5.5 几何因素的影响5.6 其他第六节 复合换热20 第七节 模拟分析软件ICEPAK在传热设计中的应用 22附件1,ICEPAK在传热设计中的应用举例电子散热设计基础理论第一节 概 述传热现象在自然界普遍存在,有温差的地方就会有热量传递发生。
具体到在工程技术领域中,掌握传热体系内的传热量和温度分布最具有实际意义。
一般来说,对于无内热源的稳定传热过程,传热量(Q 或q )和传热温差⊿t 的关系可表示为下列一般形式:Q=qF=⊿t/ R W 或 q=Q/F=⊿t/r W/m 2式中Q 亦称热流量。
q 亦称热流率或热流密度,⊿t[℃]亦称传热推动力,F[m 2]为传热面积,R[℃/W]为热阻,r =RF[m 2. ℃/W]称单位面积热阻.传热的基本方式有传导、辐射和对流三种,但实际换热过程往往是以一种形式为主的复合换热方式。
下面,结合实践经验,对这几种理论分别加以阐述。
第二节 热 传 导同一物体内部或互相接触的物体之间,当温度 不同但没有相对的宏观位移时的传热方式叫热传导 或导热。
微观来看,气体导热基于分子或原子的彼 此碰撞;液体和非导电固体导热的机理是分子或原 子振动产生的弹性波作用;而金属导热则主要靠自由电子的扩散传播能量[s] 。
其微观现象如(图2-1) 热源 所示, 从图中可以看出,热传导是热量从高温部分(图示最红色)往低温部分均匀传递,温度随之降低。
图2-1 热传导微观示意图导热的基本规律是付立叶(J.B.J.Fourier )定律:式中 代表等温面法向温度梯度,k[W/m ℃]为导热系数,代表物质的导热能力,各类物质的k 值查附录1~8,一般情况下大致为:气体 0.01~0.6 W/m. ℃; 液体 0.01~0.7 W/m. ℃; 非导电固体 0.02~3.0 W/m. ℃; 金属 15~420 W/m. ℃; 绝热材料 <0.23 W/m. ℃;同一物质的k 值并非常量,通常受温度影响较大,但也与纯度、湿度和压力等有关。
散热原理——功耗与热阻随着处理器发热量的不断提高,很多有助于散热的新兴技术也飞速发展。
如果要深入了解一款散热器的性能必须了解其原理,针对目前主流散热器所采用的技术,驱动之家评测室分门别类,为您带来散热专题之原理篇,带您走进散热器的奥妙世界。
功耗是CPU最为重要的参数之一。
其主要包括TDP和处理器功耗TDP是反应一颗处理器热量释放的指标。
TDP的英文全称是“Thermal Design Power”,中文直译是“热量设计功耗”。
TDP功耗是处理器的基本物理指标。
它的含义是当处理器达到负荷最大的时候,释放出的热量,单位未W。
单颗处理器的TDP值是固定的,而散热器必须保证在处理器TDP最大的时候,处理器的温度仍然在设计范围之内。
处理器的功耗:是处理器最基本的电气性能指标。
根据电路的基本原理,功率(P)=电流(A)×电压(V)。
所以,处理器的功耗(功率)等于流经处理器核心的电流值与该处理器上的核心电压值的乘积。
处理器的峰值功耗:处理器的核心电压与核心电流时刻都处于变化之中,这样处理器的功耗也在变化之中。
在散热措施正常的情况下(即处理器的温度始终处于设计范围之内),处理器负荷最高的时刻,其核心电压与核心电流都达到最高值,此时电压与电流的乘积便是处理器的峰值功耗。
处理器的功耗与TDP 两者的关系可以用下面公式概括:处理器的功耗=实际消耗功耗+TDP实际消耗功耗是处理器各个功能单元正常工作消耗的电能,TDP是电流热效应以及其他形式产生的热能,他们均以热的形式释放。
从这个等式我们可以得出这样的结论:TDP并不等于是处理器的功耗,TDP要小于处理器的功耗。
虽然都是处理器的基本物理指标,但处理器功耗与TDP对应的硬件完全不同:与处理器功耗直接相关的是主板,主板的处理器供电模块必须具备足够的电流输出能力才能保证处理器稳定工作;而TDP数值很大,单靠处理器自身是无法完全排除的,因此这部分热能需要借助主动散热器进行吸收,散热器若设计无法达到处理器的要求,那么硅晶体就会因温度过高而损毁。
LED散热基础培训教程一、引言LED(LightEmittingDiode)作为一种新型的绿色光源,具有节能、环保、寿命长等优点,已广泛应用于照明、显示屏、指示等领域。
然而,LED在工作过程中会产生热量,若不能有效地散发这些热量,将会影响LED的光效、寿命和稳定性。
因此,LED散热技术的研究和应用至关重要。
本教程将介绍LED散热的基础知识,帮助读者了解LED散热原理和散热材料,提高LED产品的散热性能。
二、LED散热原理1.热传导:热传导是指热量从高温区域传递到低温区域的过程。
在LED中,热量通过材料(如基板、散热器等)的分子振动传递。
提高材料的热导率有利于提高散热性能。
2.对流:对流是指流体(如空气、水等)在温度差的作用下,热量通过流体流动传递的过程。
在LED散热中,空气对流是一种常见的散热方式。
通过优化散热器的设计,可以提高空气对流的效率。
3.辐射:辐射是指物体表面以电磁波的形式向外界传递热量的过程。
在LED散热中,辐射散热主要发生在LED器件表面与周围环境之间。
增加散热器表面积可以提高辐射散热效果。
三、LED散热材料1.散热基板:散热基板是LED散热系统的核心部件,其作用是将LED产生的热量迅速传递到散热器。
常用的散热基板材料有铝、铜、陶瓷等。
其中,陶瓷基板具有热导率高、热膨胀系数低等优点,适用于高功率LED。
2.散热器:散热器是LED散热系统的重要组成部分,其作用是增大散热面积,提高散热效率。
散热器材料有铝、铜、石墨等。
散热器的设计应考虑空气对流的优化,如增加鳍片、采用热管等技术。
3.热界面材料:热界面材料(TIM)填充在散热基板和散热器之间,降低两者之间的接触热阻。
常用的热界面材料有导热硅脂、相变材料等。
选择合适的热界面材料对提高LED散热性能具有重要意义。
四、LED散热设计1.散热器设计:散热器的设计应考虑散热面积、空气对流等因素。
增加散热器的鳍片数量、优化鳍片形状和分布可以提高散热效率。
热参数热参数电子组件热管理技术中最常用也是重要的评量参考是热阻(thermal resistance),以IC封装而言,最重要的参数是由芯片接面到固定位置的热阻,其定义如下:热阻值一般常用θ或是R表示,其中Tj为接面位置的温度,Tx为热传到某点位置的温度,P为输入的发热功率。
热阻大表示热不容易传递,因此组件所产生的温度就比较高,由热阻可以判断及预测组件的发热状况。
早期的电子热传工业标准主要是SEMI标准,该标准定义了IC封装在自然对流、风洞及无限平板的测试环境下的测试标准。
自1990年之后,JEDEC JC51委员会邀集厂商及专家开始发展新的热传工业标准,针对热管理方面提出多项的标准,其中包含了已出版的部分、已提出的部分建议提出的部分,热管理相关标准整理成如图一之表格分布。
和SEMI标准相比,虽然基本量测方式及原理相同,但内容更为完整,另外也针对一些定义做更清楚的说明。
SEMI的标准中定义了两种热阻值,即θja及θjc,其中θja是量测在自然对流或强制对流条件下从芯片接面到大气中的热阻,如图二(a)所示。
由于量测是在标准规范的条件下去做,因此对于不同的基板设计以及环境条件就会有不同的结果,此值可用于比较封装散热的容易与否,用于定性的比较,θjc是指热由芯片接面传到IC封装外壳的热阻,如图二(b),在量测时需接触一等温面。
该值主要是用于评估散热片的性能。
和θ之定义类似,但不同之处是Ψ是指在大部分的热量传递的状况下,而θ是指全部的热量传递。
在实际的电子系统散热时,热会由封装的上下甚至周围传出,而不一定会由单一方向传递,因此Ψ之定义比较符合实际系统的量测状况。
Ψjt是指部分的热由芯片接面传到封装上方外壳,如图二(d)所示,该定义可用于实际系统产品由IC封装外表面温度预测芯片接面温度。
Ψjb和Θjb类似,但是是指在自然对流以及风洞环境下由芯片接面传到下方测试板部分热传时所产生的热阻,可用于由板温去预测接面温度。
电源管理:散热方法大汇总-基础电子当电气工程师提到“电源管理”这个词时,大多数人会想到各种具有转换器、稳压器和其他功率处理以及功率转换功能的直流电源。
但是,电源管理远不止这些功能。
由于效率不够,所有电源都会发热并且所有组件都必须散热。
因此,电源管理也涉及热管理,尤其是电源相关功能的散热会如何影响散热设计与热量累积。
此外,即使组件和系统都在规格范围内持续工作,随着组件参数漂移,温度的增加也会引起性能的变化。
就算不是全盘崩溃,也会导致终的系统故障。
热量还会缩短组件寿命,进而缩短平均故障间隔时间,这也是保证长期可靠性需要考虑的因素。
有两个关于热管理的观点,设计人员必须了解:●“微观”问题,单个组件由于发热过多而处于过热危险中,但系统的其余部分(及其外壳)温度在可接受范围内。
●“宏观”问题,由于多个的热量累积而导致整个系统温度过高。
一个设计挑战是确定热管理问题有多少属于微观,多少属于宏观,以及微观问题与宏观问题的关联程度。
很显然,一个高温组件-甚至温度超过了其允许的极限-将会导致整个系统升温,但这不一定意味着整个系统都很热。
但是,这意味着必须设法管理并减少该组件多余的热量。
在讨论热管理和使用诸如“散热”或“排热”等词时始终要牢记的一个问题是:这些热量要散到哪里去?愤世嫉俗的人可能会说,设计师就是以邻为壑,找到一个地方散热,把自己的问题变成别人的问题。
虽然这个观点的确有点愤世嫉俗,但也有一定的道理。
问题是要把热量发散到较冷的地方,以免对系统产生不利影响。
这个地方可以是系统和机箱的相邻部分,也可以完全在机箱外部(仅当外部比内部温度低时才有可能)。
另外还要记住热力学的一个定律:除非使用某种主动泵送机械,否则热量只会从高温位置向低温位置传递。
热管理解决方案热管理遵循物理学基本原理。
在制冷模式下,热传导有三种方式:辐射、传导和对流(图1)热传递有三种机制,特定情况下经常是三种机制一起使用,只是使用程度不同(资料:Kmecfiunit/CC BY-SA 4.0)简单的说法是:● 辐射是指用电磁辐射(主要是红外线)带走热量,这种热传递可以发生在真空中。