当前位置：文档之家 › 最全的热设计基础知识及flotherm热仿真 课件

最全的热设计基础知识及flotherm热仿真 课件

  • 格式：ppt
  • 大小：22.94 MB
  • 文档页数：116

下载文档原格式

  / 116

合集下载

FloTHERM培训资料

FloTHERM培训资料

FloTHERM —基础培训
中科信软高级技术培训中心－
FLOTHERM 软件介绍
全球第一个专门针对电子散热领域的CFD软件
通过求解电子设备内外的传导\对流\辐射，从而解决热设计 问题
据第三方统计，在电子散热仿真领域，FloTHERM 全球市 场占有率达到70% 据我们的调查，98%的客户乐意向同行推荐 FloTHERM
FloEDA EDA软件高级接口
1. 支持多种EDA格式：方便电子工 程师与热工程师协同工作 2. 包含走线、器件参数、过孔等详 细信息的模型读入：保证模型准 确性 3. 准确的模型简化方法：保证结果 准确度的同时减少计算时间
FloMCAD.Bridge CAD软件接口模块
1. 支持多种模型格式：适用范围广 泛 2. 方便的操作：缩短建模时间
流动状态、 流体物性 固体表面的属性
7
热仿真基本理论---传热的三种基本方式
热辐射： Stefan-Bolzmann 定律： Qε = ε σ A T4
ε 表面发射率, σ = 5.67 x 10-8 W/m2.K4
(0 ≤ ε ≤ 1) (Stefan-Boltzmann常数)
W
Qε
表面积 A
热仿真基本理论---传热的三种基本方式
完全CAD化的建模功能： 提供对齐、自动捕捉等建模 手段。
移动物体 在一个方向上改变大小 在两个方向上改变大小 18
使用Flotherm建立模型
方便快捷的建模“搭 建方法”:
PCB’s 风扇 通风孔 IC’s 机箱
19
从FloMCAD导入模型
SolidWork ProE - prt asm CATIA
FloTHERM 核心热分析模块
仿真软件FlOTHERM资料集锦(四)

仿真软件FlOTHERM资料集锦(四)


8.多晶片封装的热测量和建模 EN 热测量和建模的多芯片的垂直（堆叠）和横向布置封装成为热门话题，最近 在不同的领域，如RAM芯片封装和LED和LED组件。
9.堆叠芯片封装的热问题 EN 在堆叠芯片封装的热问题的一般介绍性的讨论后，两大主题进行了讨论：模 具的质量将建立在堆叠芯片结构和紧凑的热建模问题了上。
章的最后提出了解决这些问题可能的途径,强调了在使用这些软件的同时必须
清楚掌握相关物理事实,才能有利于指导设计实践。
相关专题: 1. FloTHERM电子热设计高级培训 2.热设计软件知多少 3.笔记本电脑散热大比拼！
更多资料：/Home.html
算机评价方法的确定。
12.短暂的交界处的高精度和高重复性的情况下的热电阻测量方法 EN 高功率封装表明导致芯片和外壳表面温度大的横向变化特征的三维热流。本 文提出一个明确的定义为RthJC结到外壳热阻为基于瞬时测量技术，确保高重 复性也处于非常低的Rth值，包的关键参数。
13.辐射在中央办公厅底盘的意义：一个案例研究 EN 一个典型的中央办公室底盘（电信）系统是利用Flothermâ确定具体计算固体 和空气的温度和辐射传热的意义进行了分析整体热离开底盘由各种传热方式
模型是两个电阻模型，结合结到外壳和连接板电阻产生。这种紧凑的模型有
几个优点，因此在电子工业中应用最广泛的。
6.高性能的设计特点和降低成本–μ BGA芯片规模封装 EN 在电子产品的主要趋势是使他们更轻，小，薄，和更快的速度，而在同一时 间，更可靠的，强大的，和更便宜的计划被期待 。
7.基于结构功能的热测量评价问题 EN 不同的热性能的测量是基于结构功能的不同特点，计算出的热瞬态曲线在高 精度测量。结构功能是基本上是一维的热流路径直接模型在复杂的情况下的 三维热扩散可以被视为等效模型。
最全的热设计基础知识及flotherm热仿真(精品课件)

最全的热设计基础知识及flotherm热仿真(精品课件)

✓ 大多数小型电子元器件最好采用自然冷却方法。自然对流冷却表面的 热流密度为0.039W/cm2 。有些高温元器件的热流密度可高达 0.078W/cm2 。
✓ 强迫空气冷却是一种较好的冷却方法。 ✓ 热管的传热性能比相同的金属导热要高几十倍，且两端的温差很小。
1）为最常见的界面导热材料，常采用印刷或点涂方式进行施加。 2)用于散热器和器件之间，散热器采用机械固持，最主要的优点为维修方便, 价格便宜。 3）因可以很好的润湿散热器和器件表面，减小接触热阻，所以其导热热阻很 小， 适合大功率器件的散热。 4）使用时需要印刷或点涂，操作费时，工艺控制要求较高，难度大。
精品 PPT
热设计的基础概念
问题：热的单位是什么？ 是℃？
热是能量的形态之一。与动能、电能及位能等一样，也存在 热能。热能的单位用“J”（焦耳）表示。1J能量能在1N力的作用 下使物体移动1m，使1g的水温度升高0.24℃。 1J=1N·m
精品 PPT
热设计的基础概念
设备会持续发热。像这样，热量连续不断流动时，用“每秒 的热能量”来表示会更容易理解。单位为“J/s”。J/s也可用“W” （瓦特）表示。
L—— 特征尺寸，m； u—— 流体速度，m/s； cp—— 比热容，kJ/(kg·K)； μ—— 动力粘度，Pa·s； λ—— 导热系数，W/(m·K)； αV—— 体膨胀系数，℃－1； g —— 重力加速度，m/s2； ΔT——流体与壁面的温差。
精品 PPT
热辐射
任意物体的辐射能力可用下式计算
精品 PPT
导热介质-相变导热膜
精品 PPT
导热介质-相变导热膜
精品 PPT
导热介质-导热垫
精品 PPT
导热介质-导热双面胶带
FloTHERM--热设计软件你知多少

FloTHERM--热设计软件你知多少


2、有材料属性的部件，可以添加热源属性，注意输入的是热负荷。比如一个部 件功耗1KW，有效输出900W，那么转化为热量输出的就是1000－900＝100W，在 theFloTHERM XT 最新研发进展.pdf
2. 海基科技FloEFD专题网络培训教程.pdf
因此，需要学习：传热学，了解三种传热方式； 流体力学，充分理解对流散热； 数值传热学：用来了解什么是离散方程，要求解那些方程； 最后是相关的行业经验的。在PC行业的大牛，到了通信行业，也需要一个积 累沉淀的过程。
2.FloTHERM软件对电脑的软硬件有哪些要求
官方给的最低硬件配置是：CPU：奔腾III 1GHz，内存：1GB，显卡：支持 OpenGL，64MB显存，1024X768分辨率 软件是32位或64位的win XP，win vista，win 7，win server 2003 & 2008 这个配置只是可以运行软件而已。针对你的应用，需要什么配置还要看你的 模型大小，能接受的计算时间。不过现在计算机随便都是4G内存，2GHz以上的 CPU主频，跑个300万网格是没有问题的。
3.FloTHERM软件在模拟电子产品散热时，其是如何工作的？
和普通的cfd软件相比，flotherm集成了建模，网格划分，计算仿真，后 处理与一体。也可以在flotherm中完成所有的热仿真需要的工作。
4.FloTHERM软件进行散热仿真，主要包括哪几步？
建模，网格划分，计算仿真，后处理
5.FloTHERM软件的模型数据库如何？
8.FloTHERM航空防务电子散热分析解决方案20120810.pdf
9.Flotherm电子产品热分析高级培训使用技巧
一.问答： 1.FloTHERM软件的技术基础是什么
Flotherm10.1水冷热设计

Flotherm10.1水冷热设计


2.FLOTHERM热设计仿真流程
几何模型建立(CAD 模型导入与简化、 网格划分
求解 后处理
求解问题设定
2.1模型导入------结构件拆分
1.全部导入FLOMCAD后简化
2.大型文件拆解后FLOMCAD后简化
FLOMCAD简化一个后阵列
2.2 物理参数与工况设定
IGBT损耗500W
2.元器件热损耗与封装等信 息
59mm 62mm 26mm
70mm
3.元器件layout（元器件在 整个结构中的布局、代号）
海拔：海平面 环境温度：30℃ 进水口/出水口尺寸： D14.5mm 进水口温度：45℃ 进水口压强：0.5MPa
4.工况（海拔、环境温度、 流速、进口水温等）
FLOTHERM10.1水冷热设计 培训
2015-12
热分析材料准备 热分析基本流程
1. 热设计仿真材料准备
1.结构三维模型（STP/IGES 等格式） 2.元器件热损耗与封装
3.元器件layout 4.工况（海拔、环境温度、 进水口流量、温度等）
尺寸：258*288*100mm 材料：ADC12 导热系数K：96.2w/(m*k) 密度：2.7g/cm³ 1.结构三维模型（STP/IGES 等格式）
物理参数设定： 损耗、封装
工况设定： 环境温度，海拔，风扇特性
2.3 网格划分
系统网格划分
风扇网格划分
2.4 求解问题设定
目标温度侦测点
收敛标准
自检后运行
2.5 后处理
温度场 平面 离子源 单点注释 动画创建
数据输出
THANKS
仿真软件FlOTHERM资料(二)

仿真软件FlOTHERM资料(二)


并介绍了 T3Ster 和 TERALED 系统如何满足照明设备制造商及其客户在这方
面的需求。
13.白皮书：热仿真简化 LED 光源的研发
高功率高亮度发光二极体（LED）以其出色的色彩饱和度和使用寿命长的特点正
渗透到一些照明应用中。然而，对热设计师来说，防止LED过热是最具挑战性的
任务。因此，通过计算流体动力（CFD）模拟LED组件在应用设计过程中变得越来
8.固态照明热设计中的工艺现状分析 固态照明热设计中的工艺现状分析
9.关于高功率LED封装的高效散热技术 白炽灯主要依靠热量使灯丝发光，使发热黑体产生光能。与白炽灯不同，发 光二极管（LED）是半导体，必须保持冷却。当 LED 产生光能时，热量就是
其副产物。LED 中产生的热量会使温度增加。由于 LED 的温度增加，光输出
相应减小，光会改变颜色，LED 的寿命也会降低。温度对 LED 的照明性能和 使用寿命都有不利影响。所以，热性能管理成为固态照明（SSL）设计中最需
要解决的问题。
10.仿真帮助Philips解决环境光源电视技术的散热挑战 根据一些工程实例和分析计算，总结了影响电子设备热设计的各种不确定性 因数，并提供了大量参考数据，希望能为工程师全面准确地进行热设计工作 提供帮助。
11.电子设备热设计中的不确定性
任何一种形式的电气照明产品都产生一种负产品：热。从白炽光源到荧光照 明，代代工程师都在研发将热量最小化或将从光源或设备分离热量的方法。 然而 LED 照明，目前正以不断提高的质量和不断增加的形式，带来了新的和
不同的挑战。
12.电子设备热设计规范 按照 JESD51-14 和 CIE127-2007 的规定，利用 JEDEC 标准静态试验进行瞬 态温度测量提高了发光二极管（LED）热特性测量的精确性。这些高标准也增
Flotherm学习教程 (课堂PPT)

Flotherm学习教程 (课堂PPT)

以往在解决散热问题可以用三种方式:
1. 理论解析: 利用数学方程式解决. 但此种方式, 仅适合非 常简单的问题. 在真实世界几乎无法用此种方式来解题.
2. 实验: 直接量测. 此方法为最准确. 但是必须要有实际的 产品才可做到.
3. 数值方法: 系利用电脑程式来解决散热问题. 可以在无实 体的情况下, 自由去做模拟.
Sieyuan Electric
3
Flotherm 的应用
元器件级 系统级
Sieyuan Electric
版级和模块级 环境级
4
Flotherm 的应用
液冷分析：可以分析含多种冷却介质的散热系统，如对液 冷、风冷同时存在的电子设备或冷板等的热分析；
多项冷却介质冷却模型
Sieyuan Electric
11
学习项目 1
学习项目 熟悉各种工作视窗
Sieyuan Electric
12
熟悉各种工作视窗
No 工作视窗 1 Project Manager 2 Drawing Board 3 FloMotion 4 Launch Tables 5 Profiles Windows 6 FLO/MCAD
Sieyuan Electric
➢ 使用者本身的能力: CFD 牵涉到流体力学, 传热学, 材料 性质等专业知识. 使用者要能具备这些知识, 才能有效运 用CFD软件.
总之, 沒有一套CFD软件是十全十美的. 就像一部车子, 驾驶 人必须要操纵过它, 才能掌握车子的性能. 同样, 工程师要灵 活运用Flotherm, 也必须要花时间去 ‘操纵’ 它, 才能体 会 Flotherm 可以为你做什么.
Drawing Board
调整显示工具
翻转
仿真软件FlOTHERM资料(一)

仿真软件FlOTHERM资料(一)


板）板、表面对空气边界层、接触热阻等电子部件外部的热流路径中的部分
热阻和部分热容。
12.仿真帮助解决塔顶放大器严重的散热问题 Thermacore使用Flomerics的Flotherm热仿真软件解决了一台用于手机基站塔 顶放大器(TMA)的散热问题。热仿真结果表明没有充分利用外部散热器将放大
器芯片内部的热量去除，从而导致了芯片过热。通过对每一个芯片增加一个
何实现正常的元件结温成了一大难题。
14.AMCC使用Flotherm和Flopack减少集成电路封装开发成本 AMCC利用Flotherm和Flopack对倒装芯片/线焊热性能比较减少集成电路装开 发成本
15.FloTHERM软件基础与应用实例-样章.pdf
更多资料：/Home.html
均温板（vapor chamber），从而减少了扩散热阻和充分利用整个散热器。仿
真结果表明，这一方法可以有效的降低散热器基座的温度。
13.PCB设计优化文章 描述了如何应用热仿真对PCB板散热性能进行优化设计。这一PCB板是通过楔 形装置紧锁在机箱内，并且对机箱外部的散热器翅片进行强迫风冷。在一些 恶劣的环境条件下，根据局部环境空气温度并且以导热为主要散热方式，如
9.固态功率组件热耦合效应研究 基于热叠加原理论研究了固态功率组件中多个离散分布的集中热源的热耦合 效应，并证明强迫对流下应用热叠加原理计算的温度场与整场系统数值模拟 的结果相当吻合，用它来进行热耦合效应的分析研究是有效的。
10.大功率双极型晶体管热瞬态测试的机遇与挑战 双极型晶体管（BJT）是一种典型的功率器件。因此，分析它们的散热性能 是散热工程师最常见的任务之一。相应地，有很多热测试标准描述了其测试 条件，如： 测试环境、功率加载、 据采集 。
热设计相关知识课件

热设计相关知识课件


Rt
A
Q T Rt
K/W9Βιβλιοθήκη 2、常见的散热方式和相应的理论计算方法
2.2 对流换热
流动产生的原因自强然迫对对流流
流动性质
层流 湍流
牛顿冷却公式： Q AT
其中α为对流换热系数，单位W/(m2·K)，表征了换热表面的 平均对流换热能力。A为参与热交换的有效面积，△T为表面 温度与流体温度之差。
Graphics MicReD Division）
21
4、灯具散热设计时的注意事项
4.1 注意灯具中热源的传导路径，和总热阻值
尽可能的加大用来传导热量的部件截面积，注意 减少热传导路径中的热传导瓶颈点； 尽可能的把热源与主要散热部件进行直接连接，减 少热传导路径上的部件数量，从而减少了热源到散 热空间之间的热阻值，加快了热量的传递，减小了 热源与散热部件之间的温差。
17
3、LED光源热设计的相关信息
3.3.2 降低LED热阻的途径
A、需用较低的热阻芯片 B、最佳化热通道
（1）通道结构 *长度越短越好； *面积越大越好； *环节越少越好； *消除通道上的热传导瓶颈。
（2）通道材料的导热系数越大越好; （3）通道环节间的介面接触热阻紧密可靠。 C、强化电通道的导/散热功能 D、选用导/散热性能更高的散热材料
4
W/m2
注：上面两个公式中的温度均为绝对温度。
黑度ε（发射率）：取决于物体温度、种类和表面状况，与颜色无
关。
11
3、LED光源热设计的相关信息 3.1 LED 封装的组成
12
3、LED光源热设计的相关信息
13
3、LED光源热设计的相关信息
14
3、LED光源热设计的相关信息 3.2 LED 光源热学特性
通信产品 Flotherm 散热仿真详解资料

通信产品 Flotherm 散热仿真详解资料


Zoom-In系统的详细单板模型 原系统模型中Slot3槽位布局单板详细芯片模型

18
仿真结果对比
单板模型在原系统的仿真结果

单板模型在Zoom-In系统的仿真结果
19
与实验结果对比
由于产品属于公司保密性质，没有把实际产品的测试 数据写出来做一个对比分析。
20
结论
在电子设备热设计中，传统的经验评估以及无法及时满足产品开发的速 度和市场客户的需求。而借助于CFD软件来仿真设计产品的散热，就会避 免因为传统方法中因经验不足，数据不充分所导致的误差以及繁琐的解 析计算过程。这种基于流体传热的基本动量守恒定理和质量守恒定理， 利用成熟的数值计算方法，只要网格的大小、数量和布局合理，就会与 实际得到非常接近的计算结果。
计算FloTHERM软件中的高级阻力模型的A、B系数

13
FloTHERM高级阻力模型的应用
槽位单板高级阻力模型参数设置
在这里我们构建高级阻力模型的方式是用一些基本理论公式和表格来计 算得出。而在之前FloTHERM软件在其网站上也提供了计算高级流阻系数 的宏，只要把风阻曲线的数据输入，也可以直接得到阻力系数，并产生 一个PDML模型下载使用。

南京电子技术研究所
23
机箱的结构及组成
机箱整体采用了框架式结构，主要由箱体、导板、风机、空气过滤器、前后门板等 构成。箱体框架与四周的蒙皮一体构成箱体基本外形，箱体底部设计有进风口和出 风口，另有截止波导窗安装位置；导板被固定在箱体框架上；散热过滤器分别固定 在箱体上进风口和出风口位置；风机固定于插板上，插在箱体框架的一侧，被锁紧 机构固定于箱体上；前、后门板通过铰链固定于箱体上，另一侧用收缩搭扣与锁钩 配合，将门板压紧在柜体上而不需其他紧固方式；门板及箱体上特殊配合结构使系 统防雨水。组件模块沿导板槽插入箱内，通过锁紧机构进行固定。
FloTHERM仿真教程

FloTHERM仿真教程


Command Center 优化设计模块
1. 先进的优化算法：保证优化结果 的可靠性 2. 目标驱动的自动优化设计：减少 工程师的工作量
FloTHERM 核心热分析模块
1. 简单的建模方式：节省建模时间 2. 笛卡尔网格：加快计算速度 3. 集成的经验公式：加速计算并保 证准确度
FloTHERM 软件
FloMCAD.Bridge CAD软件接口模块
1. 支持多种模型格式：适用范围广 泛 2. 方便的操作：缩短建模时间
14
FloTHERM使用流程
Pre-Processing
Solver
Boundary conditions Initial conditions Sources Material properties Physical models Modeling
11热仿真基本理论控制方程质量守恒方程12utvtwthotcomponentuuuvuw速度大则压力小速度小则压力大flotherm软件介绍全球第一个专门针对电子散热领域的cfd软件通过求解电子设备内外的传导对流辐射从而解决热设计问题据第三方统计在电子散热仿真领域flotherm全球市场占有率达到70据我们的调查98的客户乐意向同行推荐flotherm13flotherm软件主要模块14flotherm软件flotherm核心热分析模块集成的经验公式
了解散热性能的数值方法:
CFD (Computational Fluid Dynamics)
9
仿真的基本思想
CFD的基本思想是把原来在时间域和空间域上连续 的物理量的场，用一系列有限个离散点上的变量值 的集合来代替，通过一定的原则和方式建立起关于 这些离散点上场变量之间关系的代数方程组，然后 求解代数方程组获得场变量的近似值。

FLOTHERM101基于FLOW SIMULATION自然对流热分析教程(30WLED)PPT课件


可以在user defined右侧的空白处右键选择new item，新建 模型表面发射率（根据实际情况）
•19
1 2
选取光源，添加一个30W热 源
•20
设置热阻情况，前面计算得出面积热阻 为0.0000667K*㎡/W
•21
前处理
• 模型处理 • 导航设置 • 计算域设置 • 物理参数设定 • 网格划分 • 侦测目标添加
•14
前处理
• 模型处理 • 导航设置 • 计算域设置 • 物理参数设定 • 网格划分 • 侦测目标添加 • 视频教程加Q 76615399
•15Biblioteka 赋予材质•16赋予材质AL6061
•17
同样方法把铜赋予光源
•18
右击Radiative Surface,选择Insert Radiative Surface,单 击Create/Edit
•31
• 右键点选rusults 中的goals，可以创建所设置的goals温度 数据的excel表
• 同样可以方法，可以显示面、体上的温度参数 • 后处理还可以得到其他的计算结果的显示……..
•32
•33
点、面参数
•34
点、面参数
•35
体参数
•36
点、面参数
•37
粒子效果图
•38
提问与解答环节
Questions and answers
•39
添加
添加
添加 标题
标题
标题
添加
标题
此处结束语
点击此处添加段落文本 . 您的内容打在这里，或通过 复制您的文本后在此框中选择粘贴并选择只保留文字
•40
谢谢聆听
THANK YOU FOR LISTENING 演讲者：XX 时间：202X.XX.XX

通信产品 Flotherm 散热仿真详解资料

应用案例3 —机柜散热设计

6
FloTHERM在通讯局端插箱热设计中的应用
为了避免整个热设计工程中的反复，降低设计成本，缩短设 计周期，电子散热设计通常与电路设计和结构设计同步进行。
一部分产品的散热采取了强迫风冷形式的散热
确定整个设备、单板槽位以及模块电源的阻力特征曲线和整机系统风道 特性，以及快速评估单板以及整机系统是否满足市场客户提出的散热需 求就成为电子热设计的一大难题。
11Leabharlann FloTHERM高级阻力模型的应用
FloTHERM中高级阻力模型参数
FloTHERM软件中的流体高级阻力模型需要设置的参数如图所示，在 使用这个模型要解决的关键问题是如何把实际测试的阻力曲线转换成 软件所需要的参数。一般情况下我们可以用一个二次二项函数来描叙 实际测试的阻力曲线。此时，我们取 Index=0、入口处开孔率Free Area Ratio=1、 特征长度 Length Scale=1；现在需要计算的只有A、B这 两个系数。
系统插箱仿真模型Zoom-In Region之前的模型

15
Zoom-In模型生成
本系统插箱是在第三槽位做一个体积Region，当Region建立好后，就可以 使用FloTHERM软件中的Zoom In 功能来分析生成一个带有局部环境参数的 Zoom-In模型。为了得到高质量的Zoom-In环境模型，在这里需要注意的是： 1. 系统Modeling必需带有以下参数：温度、压力、速度以及Heat Fluxes； 2. Zoom-In的Region边界不要接近系统网格和局部网格边缘； 3. 二维阻力模型和任何打孔模型的网格约束都不能与Zoom-In边缘接近； 4. 网格的划分应遵守CFD软件的一般规则：防止奇异网格的产生。 注意网格的数量和计算的精度并不是成线性关系，在保证必要精度的前提 下，网格数量尽量少，以提高计算速度。
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

图2：电子产品故障主要原因
Figure 2: Major Causes of Electronics Failures
故
障
20%振动
55%温度
率
（
10
6%粉尘
万
小Research)
资料来源：GEC研究院
(Source : US Air Force Avionics Integrity Program)
14
精品课件 可修改
热传导
单层平壁导热
kA
(t w1
- t w2 )
( w)
单层圆筒壁导热 多层平壁导热
l2nkr2l(tw1 tw2 )
r1
tw1 twi1
n i
i1 ki Ai
( w)
多层圆筒壁导热
2l
(t - t ) n 1 ln ri1 w1 wi1
i1 ki ri
15
精品课件 可修改
热设计
精品课件 可修改
1
目录
1
热设计的基础概念
2
传导、对流、辐射
3
散热方式的选择
4 自然对流散热和强制对流散热
5
FLOTHERM简介
2
精品课件 可修改
电子设备的发展趋势
1. 热耗上升化 2. 设备小巧化 3. 环境多样化
3
精品课件 可修改
过热-电子产品故障的首要原因
图1：结点寿命统计
Figure 1 : Junction Life Statistics
10
精品课件 可修改
热传导
傅立叶导热定律： Q A T
W
x
A为垂直于热流方向的截面积；λ为材料的导 热系数，单位W/(m·K)，它是表征材料导热能 力优劣的物性参数。
热流量是指单位时间内通过某一给定面积的热量， 单位为W。
导热系数是指在稳定传热条件下，1m厚的材料，两 侧表面的温差为1度（K,°C）,在1秒内，通过1平 方米面积传递的热量，单位为瓦/米·度（W/m·K,此 处的K可用°C代替）。它是表征材料导热能力优劣 的物性参数。在30 °C时，空气的导热系数为 0.027 W/m·°C ，因此可以利用空气夹层来绝热， 通常把导热系数小于0.23 W/m·°C 的材料称为 绝热材料。
6
精品课件 可修改
热设计的基础概念
设备会持续发热。像这样，热量连续不断流动时，用“每秒 的热能量”来表示会更容易理解。单位为“J/s”。J/s也可用“W” （瓦特）表示。
7
精品课件 可修改
热设计的基础概念
100J的能量可使100g水的温度升高约0.24℃。 这并不是通过升高水的温度消耗了100J的能量。而 是在水中作为热能保存了起来。
能量既不会凭空消失，也绝不会凭空产生。这 就是最重要“能量守恒定律”。
℃是温度单位。温度是指像能量密度一样的物理量。 它只不过是根据能量的多少表现出来的一种现象。即使能 量相同，如果集中在一个狭窄的空间内，温度就会升高， 而大范围分散时，温度就会降低。
8
精品课件 可修改
热设计的基础概念
电子产品接通电源后一段时间内，多半转换的 热能会被用于提高装置自身的温度，而排出的能量仅 为少数。之后，装置温度升高一定程度时，输入的能 量与排除的能量必定一致。否则温度便会无止境上升。
资料来源：美国空军航空电子整体研究项目
发热问题被确认为电子设备结构设计所面临的三大 问题之一…(强度与振动、散热、电磁兼容)
4
精品课件 可修改
热设计的基本要求
❖ 满足设备可靠性的要求 ❖ 满足设备预期工作的热环境的要求 ❖ 满足对冷却系统的限制要求
热设计工程师 —— 与EE, ME, Layout等项
目相关人员紧密配合，力求提高产品各方面性能 并降低成本
5
精品课件 可修改
热设计的基础概念
问题：热的单位是什么？
是℃？
热是能量的形态之一。与动能、电能及位能等一样，也存在 热能。热能的单位用“J”（焦耳）表示。1J能量能在1N力的作用 下使物体移动1m，使1g的水温度升高0.24℃。 1J=1N·m
特点：
1）为最常见的界面导热材料，常采用印刷或点涂方式进行施加。 2)用于散热器和器件之间，散热器采用机械固持，最主要的优点为维修方便, 价格便宜。 3）因可以很好的润湿散热器和器件表面，减小接触热阻，所以其导热热阻很 小， 适合大功率器件的散热。 4）使用时需要印刷或点涂，操作费时，工艺控制要求较高，难度大。
13
精品课件 可修改
热传导
热阻Rja：芯片的热源结（junction）到周围冷却空气（ambient）的总热 阻，乘以其发热量即获得器件温升。
热阻Rjc：芯片的热源结到封装外壳间的热阻，乘以发热量即获得结与壳的温差。
热阻Rjb：芯片的结与PCB板间的热阻，乘以通过单板导热的散热量即获得结 与单板间的温差。
9
精品课件 可修改
热设计的基础概念
很多人会认为，“热设计是指设计一种可避免发热并能使其 从世界上消失的机构”。
就像前面指出的那样，说是“发热”，但并非凭空突然产生 热能。说是“冷却”，但也并不是热能完全消失。
如下图所示,热设计是指设计一种“将○○ W的能量完全向 外部转移的机构”，其结果是可达到“○○℃以下”。大家首先要 有一个正确的认识！ 。
18
精品课件 可修改
导热介质-导热脂
19
精品课件 可修改
导热介质-导热脂
20
精品课件 可修改
导热介质-导热脂
我公司现有导热硅脂
供应商
型号
我司编码
北京美宝
T-50
1040100171
11
精品课件 可修改
热传导
12
精品课件 可修改
热传导
定义热流密度：
q Q W/m2 A
热流密度是指单位时间内通过单位面积的热流量成为热流密度。
对傅立叶定律在一维导热条件下积分，可得：
Q T Rt
由此可得导热热阻计算公式为：
Rt
A
K/W
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。用热功耗乘以热阻，即可获得该传热路径上的温升。可 以用一个简单的类比来解释热阻的意义，换热量相当于电流， 温差相当于电压，则热阻相当于电阻。
( w)
热传导
接触热阻
16
精品课件 可修改
导热介质
17
精品课件 可修改
导热介质-导热脂
常由复合型导热固体填料、高温合成油（基础油如 硅油），并加有稳 定剂和改性添加剂调配而成的均 匀膏状物质，常用的导热脂为白色，也 有灰色或金 色的导热脂等颜色。导热颗粒通常采用氧化锌、氧 化铝、氮化硼、 氧化银、银粉、铜粉等。