散热原理介绍

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1、散热器概念及介绍shiyan 2012/07/241.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。1. 传导(Conduction)2. 对流(Convection)

2、3. 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=KA (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MaterialThermal conductivity (W/m K)*MaterialThermal conductivity

3、 (W/m K)*Diamond1000Brick, red0.6Silver406Water at 20 C0.6Copper385Brick,insulating0.15Gold314Wood0.12-0.04Aluminum205Asbestos0.08Brass109Cork board0.04Iron79.5Fiberglass0.04Steel50.2Rock wool0.04Lead34.7Wool felt0.04Mercury8.3Polystyrene (styrofoam)0.033Ice1.6Air at 0 C0.024Concrete0.8Polyurethane0

4、.02Glass,ordinary0.8Silica aerogel0.003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(Newtons law of cooling)通过物体表面之热传率为：Q=hA(Ts-Tfl)Q:传递热量(W) h: Coefficient W/(m2K) 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 有关对流型态描述H 值范围 (W/m2K)自然对流

5、因密度差异所导致10 (gas) 100 (liquid)强制对流由风扇或者外在物体驱 动100 (gas) 1000 (liquid)沸腾相变化液体变成气体20,000冷凝相变化由气体变成液体20,000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5.6710-8W/m2K4) 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：)q2两表面间的净辐射热交换 表面温度T2表面温度T1

6、q1Heat 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 resistancejunction-ambient -maximize airflow and Toutlet-inletJunctionBlockHp1Hp2FinAmbie

7、ntj-bb-hp1hp1-hp2hp1-finfin - amb任何一段热阻都是最大的冷却能力表现(Thermal network)评估方案性能数据试验校验理清散热要求（即各发热 组件的规格）设计散热方案分析方法估计所产生的热量 可接受的热阻 可接受的设计空间估计底部散热 估计散热面积 估计风扇引起的流速检查结构，生产方法等细化散热方案校验散热系统 制定散热系统规 格检验修改散 热方案OK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

8、台:上网本主动式散热器零件介绍界面材料-TIM1-1-1 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

9、: 4450Typical 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: 3873Typical properties粘合条件: Ambient,大于20导热 系数: 1.25 W/ (mK)Shear strength after 24H 22: 1.2 Kgf/mm2铜块- Thermal Block1-2-1材料: C1100, A10501-2-2制程:冲压1-2-3材料厚度: 0.8, 1.0, 1.5, 2.0,2.5mm1-

10、2-4 Outline dimension recommend for 35W is above 20*20mm配件，贴件：材料有：MYLAR ;GASKET功能：绝缘材料、EMI材料热管介绍：当液体在真空中通过加热,变成水蒸气，热被带来从蒸发部分 到冷凝器部分。 通过冷却器进行冷却,然后通过周边毛细结 构力量将带回工作流体并且循环工作35热管加工过程切断 缩头 缩尾清洗 焊尾Next36热管加工过程组装注水裁切及清洗 一次除气二次除气折弯 压扁 焊头 整形整形整圆还原热管的适用性对比表热管传导的能力(1)Qmax of Round and Straight Heat Pipe (Ref.)T

11、hickness of Heat Pipe for 35W input is recommended for 3.5mm.工质的种类和特点Work fluidRelative figure of merit (80)Useful range( )Wick/Vessel materialLife(hrs)Ammonia0.45-60100AL 304SS36000Freon11386-10100CU AL 3044SS25000Acetone(丙酮)3000120CUAL304SS500008000Methanol (甲醇)45010120CU AL 304SS500002000Ethanol

12、(乙醇)3400120CU 304SS24000Water400030250CU 75000品质因子Nl=lhfg/l(W/m2)是表面张力，液体密度，汽化潜热和液体粘 度的函数，综合反应了工质物性对轴向传热的影响。轴流扇各种外形风扇各种外形风扇离心扇各种外形风扇各种外形风扇流道的设计必须遵守”流道渐扩”原则:where r0 : fan diameter 0 : flow angle at blade tip通常以客户给定的空间,决定0的值流道的设计流道的设计r rC C Boundary streamlineBoundary streamline 0 0 C C2 2 C C WW d d

13、 P-Q curve风扇性能指标风扇性能指标离心扇的P-Q轴流扇的P-Q常有这一段失速区风扇的性能与公式 运用风扇入风口影响性能影响风扇性能的要素影响风扇性能的要素NB风扇介绍49.6dBA (35)49.6dBA (35)47.0dBA(47.0dBA(4040) )44.5dBA(40)44.5dBA(40)43.8dBA(45)43.8dBA(45)舌口(tongue)影响噪音和流量影响风扇性能的要素影响风扇性能的要素纯角锐角流道过窄利用舌口强制分 配双出口流量无舌口设计自然分配流量吸风距离影响风扇性能的要素影响风扇性能的要素Wind tunnelWind tunnelLower pla

14、ne plateLower plane plate75x75x16 blowersurface, Asurface, A3mm3mmupper planeupper plane plateplate distance ,Ndistance ,NQmax :未加上下档板时的风量Pmax :未加上下档板时的风压流场分布影响散热性能越前倾的风扇，流场分布越不均影响风扇性能的要素影响风扇性能的要素后掠(Backswept)风扇这个地方风量小，最好放 在热管的无效端处前倾(forward)风扇Fin介绍:1.一般类型铝挤介绍:Material: A6063, A5052Process: Al-Alloy

15、 Extrusion使用到MCH or VGA or LED一些低功率设备上;铝挤产品设计参数:铝挤产品外观标准:产品外观检验标 准缺点种类判定标准侧面1.刮伤：长限、宽1.0以内，几 处限，判定OK。 2.撞伤：长10.0X宽3.0面积以内3处 (单面，含线处)，判定OK。 3.摩擦伤：长20X宽20面积以内2处 ，判定OK。 4.手触感(刮手)之刮伤、撞伤，判定NG ；但刮除毛边后(刮手)，判定OK； 有阳极处者，可修正，判定NG。切断面刮伤、撞伤：刮手，限长、宽 ，几处限，判定OK。压铸件:材料: ADC6, ADC10, ADC12ADC6硬度比较低相对于ADC10 and ADC121.如果SINK需要铆合对象,推荐使用ADC62.SINK厚度尽量设计到0.80以上至1.5MM3. HP槽与BLOCK面接触地方需要设计干涉:0.05-0.10MM;以利HP与BLOCK 完全焊接;铆合件结构及参数设计:Riveted Type凸包折边铆钉铜柱压铸Rivet DiameterDDDDDTolerance of diameter0.050.050.050.050.05Rivet Height requiredT+0.5T+0.5T+0.5T+0.5T+0.5Max HeightD/2TN/AN/ADTolerance of height0.10.10.10.10.1Tol