电源元器件散热问题图集集结号
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我有一客户是生产户外卫星通信产品的,该设备应用环境较为苛刻,为野外工作无人值守设备.要求小型化、重量轻、防雨、抗高低温、耐湿热、高强度.为确定产品长期稳定的使用,避免因散热风扇高热、高湿环境无法保证正常工作,出现问题带来麻烦.该产品的散热结构设计设定为传导散热. 我画几张图,请大家看看:  该产品的散热,是通过厚厚铝铸外壳.铝铸外壳的中间有一块铝制导热板,上下各有一PCB板,贴片的一面朝着铝制导热板.首先将PCB板上的各类芯片或功率器件加垫不同厚度的软性硅胶导热垫,确保与铝制导热板紧紧顶住,将热量传导到铝板上,而后铝制导热板插入铝铸外壳的内槽中,热量传导到铝铸外壳上. 热量从:元器件->导热硅胶片->铝制导热板->铝铸外壳->外界自然风   元器件在PCB板的位置有高有低,要与铝制导热板紧密贴紧,软性硅胶导热片有不同厚度可选择的优越性就体现出来了!
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@aoqdzkj
[图片][图片][图片][图片][图片][图片][图片][图片][图片][图片][图片][图片][图片][图片][图片]我有一客户是生产户外卫星通信产品的,该设备应用环境较为苛刻,为野外工作无人值守设备.要求小型化、重量轻、防雨、抗高低温、耐湿热、高强度.为确定产品长期稳定的使用,避免因散热风扇高热、高湿环境无法保证正常工作,出现问题带来麻烦.该产品的散热结构设计设定为传导散热. 我画几张图,请大家看看: [图片] 该产品的散热,是通过厚厚铝铸外壳.铝铸外壳的中间有一块铝制导热板,上下各有一PCB板,贴片的一面朝着铝制导热板.首先将PCB板上的各类芯片或功率器件加垫不同厚度的软性硅胶导热垫,确保与铝制导热板紧紧顶住,将热量传导到铝板上,而后铝制导热板插入铝铸外壳的内槽中,热量传导到铝铸外壳上. 热量从:元器件->导热硅胶片->铝制导热板->铝铸外壳->外界自然风 [图片] [图片] 元器件在PCB板的位置有高有低,要与铝制导热板紧密贴紧,软性硅胶导热片有不同厚度可选择的优越性就体现出来了!
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芯片散热的热传导计算(图) 讨论了表征热传导过程的各个物理量,并且通过实例,介绍了通过散热过程的热传导计算来求得芯片实际工作温度的方法 随着微电子技术的飞速发展,芯片的尺寸越来越小,同时运算速度越来越快,发热量也就越来越大,如英特尔处理器3.6G奔腾4终极版运行时产生的热量最大可达115W,这就对芯片的散热提出更高的要求.设计人员就必须采用先进的散热工艺和性能优异的散热材料来有效的带走热量,保证芯片在所能承受的最高温度以内正常工作. 如图1所示,目前比较常用的一种散热方式是使用散热器,用导热材料和工具将散热器安装于芯片上面,从而将芯片产生的热量迅速排除.本文介绍了根据散热器规格、芯片功率、环境温度等数据,通过热传导计算来求得芯片工作温度的方法. 
芯片的散热过程 由于散热器底面与芯片表面之间会存在很多沟壑或空隙,其中都是空气.由于空气是热的不良导体,所以空气间隙会严重影响散热效率,使散热器的性能大打折扣,甚至无法发挥作用.为了减小芯片和散热器之间的空隙,增大接触面积,必须使用导热性能好的导热材料来填充,如导热胶带、导热垫片、导热硅酯、导热黏合剂、相转变材料等.如图2所示,芯片发出的热量通过导热材料传递给散热器,再通过风扇的高速转动将绝大部分热量通过对流(强制对流和自然对流)的方式带走到周围的空气中,强制将热量排除,这样就形成了从芯片,然后通过散热器和导热材料,到周围空气的散热通路. 表征热传导过程的物理量 在图3的导热模型中,达到热平衡后,热传导遵循傅立叶传热定律: 
Q=K·A·(T1-T2)/L (1) 式中:Q为传导热量(W);K为导热系数(W/m℃);A 为传热面积(m2);L为导热长度(m).(T1-T2)为温度差. 热阻R表示单位面积、单位厚度的材料阻止热量流动的能力,表示为: R＝(T1-T2)/Q＝L/K·A (2) 对于单一均质材料,材料的热阻与材料的厚度成正比;对于非单一材料,总的趋势是材料的热阻随材料的厚度增加而增大,但不是纯粹的线形关系. 对于界面材料,用特定装配条件下的热阻抗来表征界面材料导热性能的好坏更合适,热阻抗定义为其导热面积与接触表面间的接触热阻的乘积,表示如下: Z＝(T1-T2)/(Q/A)＝R·A (3) 表面平整度、紧固压力、材料厚度和压缩模量将对接触热阻产生影响,而这些因素又与实际应用条件有关,所以界面材料的热阻抗也将取决于实际装配条件.导热系数指物体在单位长度上产生1℃的温度差时所需要的热功率,是衡量固体热传导效率的固有参数,与材料的外在形态和热传导过程无关,而热阻和热阻抗是衡量过程传热能力的物理量. 芯片工作温度的计算 如图4的热传导过程中,总热阻R为: R=R1+R2+R3 (4) 式中:R1为芯片的热阻;R2为导热材料的热阻;R3为散热器的热阻.导热材料的热阻R2为: R2＝Z/A (5) 式中:Z为导热材料的热阻抗,A为传热面积.芯片的工作温度T2为: T2＝T1+P×R (6) 式中:T1为空气温度;P为芯片的发热功率;R为热传导过程的总热阻.芯片的热阻和功率可以从芯片和散热器的技术规格中获得,散热器的热阻可以从散热器的技术规格中得到,从而可以计算出芯片的工作温度T2. 实例 下面通过一个实例来计算芯片的工作温度.芯片的热阻为1.75℃/W,功率为5W,最高工作温度为90℃,散热器热阻为1.5℃/W,导热材料的热阻抗Z为5.8℃cm2/W,导热材料的传热面积为5cm2,周围环境温度为50℃.导热材料理论热阻R4为: R4＝Z/A＝5.8 (℃·cm2/W)/ 5(cm2)=1.16℃/W (7) 由于导热材料同芯片和散热器之间不可能达到100%的结合,会存在一些空气间隙,因此导热材料的实际热阻要大于理论热阻.假定导热材料同芯片和散热器之间的结合面积为总面积的60%,则实际热阻R3为: R3＝R4/60%＝1.93℃/W (8) 总热阻R为: R=R1+R2+R3=5.18℃/W (9) 芯片的工作温度T2为: T2＝T1+P×R＝50℃+(5W× 5.18℃/W)＝75.9℃ (10) 可见,芯片的实际工作温度75.9℃小于芯片的最高工作温度90℃,处于安全工作状态. 
如果芯片的实际工作温度大于最高工作温度,那就需要重新选择散热性能更好的散热器,增加散热面积,或者选择导热效果更优异的导热材料,提高整体散热效果,从而保持芯片的实际工作温度在允许范围以内(作者:方科 )
芯片的散热过程 由于散热器底面与芯片表面之间会存在很多沟壑或空隙,其中都是空气.由于空气是热的不良导体,所以空气间隙会严重影响散热效率,使散热器的性能大打折扣,甚至无法发挥作用.为了减小芯片和散热器之间的空隙,增大接触面积,必须使用导热性能好的导热材料来填充,如导热胶带、导热垫片、导热硅酯、导热黏合剂、相转变材料等.如图2所示,芯片发出的热量通过导热材料传递给散热器,再通过风扇的高速转动将绝大部分热量通过对流(强制对流和自然对流)的方式带走到周围的空气中,强制将热量排除,这样就形成了从芯片,然后通过散热器和导热材料,到周围空气的散热通路. 表征热传导过程的物理量 在图3的导热模型中,达到热平衡后,热传导遵循傅立叶传热定律: Q=K·A·(T1-T2)/L (1) 式中:Q为传导热量(W);K为导热系数(W/m℃);A 为传热面积(m2);L为导热长度(m).(T1-T2)为温度差. 热阻R表示单位面积、单位厚度的材料阻止热量流动的能力,表示为: R＝(T1-T2)/Q＝L/K·A (2) 对于单一均质材料,材料的热阻与材料的厚度成正比;对于非单一材料,总的趋势是材料的热阻随材料的厚度增加而增大,但不是纯粹的线形关系. 对于界面材料,用特定装配条件下的热阻抗来表征界面材料导热性能的好坏更合适,热阻抗定义为其导热面积与接触表面间的接触热阻的乘积,表示如下: Z＝(T1-T2)/(Q/A)＝R·A (3) 表面平整度、紧固压力、材料厚度和压缩模量将对接触热阻产生影响,而这些因素又与实际应用条件有关,所以界面材料的热阻抗也将取决于实际装配条件.导热系数指物体在单位长度上产生1℃的温度差时所需要的热功率,是衡量固体热传导效率的固有参数,与材料的外在形态和热传导过程无关,而热阻和热阻抗是衡量过程传热能力的物理量. 芯片工作温度的计算 如图4的热传导过程中,总热阻R为: R=R1+R2+R3 (4) 式中:R1为芯片的热阻;R2为导热材料的热阻;R3为散热器的热阻.导热材料的热阻R2为: R2＝Z/A (5) 式中:Z为导热材料的热阻抗,A为传热面积.芯片的工作温度T2为: T2＝T1+P×R (6) 式中:T1为空气温度;P为芯片的发热功率;R为热传导过程的总热阻.芯片的热阻和功率可以从芯片和散热器的技术规格中获得,散热器的热阻可以从散热器的技术规格中得到,从而可以计算出芯片的工作温度T2. 实例 下面通过一个实例来计算芯片的工作温度.芯片的热阻为1.75℃/W,功率为5W,最高工作温度为90℃,散热器热阻为1.5℃/W,导热材料的热阻抗Z为5.8℃cm2/W,导热材料的传热面积为5cm2,周围环境温度为50℃.导热材料理论热阻R4为: R4＝Z/A＝5.8 (℃·cm2/W)/ 5(cm2)=1.16℃/W (7) 由于导热材料同芯片和散热器之间不可能达到100%的结合,会存在一些空气间隙,因此导热材料的实际热阻要大于理论热阻.假定导热材料同芯片和散热器之间的结合面积为总面积的60%,则实际热阻R3为: R3＝R4/60%＝1.93℃/W (8) 总热阻R为: R=R1+R2+R3=5.18℃/W (9) 芯片的工作温度T2为: T2＝T1+P×R＝50℃+(5W× 5.18℃/W)＝75.9℃ (10) 可见,芯片的实际工作温度75.9℃小于芯片的最高工作温度90℃,处于安全工作状态. 如果芯片的实际工作温度大于最高工作温度,那就需要重新选择散热性能更好的散热器,增加散热面积,或者选择导热效果更优异的导热材料,提高整体散热效果,从而保持芯片的实际工作温度在允许范围以内(作者:方科 ) 0
@aoqdzkj
[图片][图片][图片][图片][图片][图片][图片][图片][图片][图片][图片][图片][图片][图片][图片]我有一客户是生产户外卫星通信产品的,该设备应用环境较为苛刻,为野外工作无人值守设备.要求小型化、重量轻、防雨、抗高低温、耐湿热、高强度.为确定产品长期稳定的使用,避免因散热风扇高热、高湿环境无法保证正常工作,出现问题带来麻烦.该产品的散热结构设计设定为传导散热. 我画几张图,请大家看看: [图片] 该产品的散热,是通过厚厚铝铸外壳.铝铸外壳的中间有一块铝制导热板,上下各有一PCB板,贴片的一面朝着铝制导热板.首先将PCB板上的各类芯片或功率器件加垫不同厚度的软性硅胶导热垫,确保与铝制导热板紧紧顶住,将热量传导到铝板上,而后铝制导热板插入铝铸外壳的内槽中,热量传导到铝铸外壳上. 热量从:元器件->导热硅胶片->铝制导热板->铝铸外壳->外界自然风 [图片] [图片] 元器件在PCB板的位置有高有低,要与铝制导热板紧密贴紧,软性硅胶导热片有不同厚度可选择的优越性就体现出来了!
软性硅胶导热片的应用,关于其柔软、弹性好的作用,还可以给大家举些例子:  上图是打印机的一个马达,在高速运转几个小时,温度可达到130度,使与之相连的打印的塑料齿轮烤软,严重影响打印机的正常使用,需要做散热降温处理. 如图示意:  把软性硅胶导热片扑在马达上,再将半圆形的特制散热片加盖在软性硅胶导热片上,散热器则再与打印机的金属支架连接,散量被分散,从而达到了有效的散热目的,马达温度降到50度以下,保证了产品的高效正常使用. 在一个功率带一个散热片时,我们很多时候是用导热矽胶布、再涂上一些导热硅脂起到导热、绝缘、填充的作用.  因为有螺丝紧固,有一定的压力,还是能达到比较好的导热效果. 但在几个功率管共用一个散热片时,所受的力不均,有可能翘起一些,某功率管的面与散热片的平面间就不能有效接触,不能很好导热,看上去很美,有那么大一块散热片,但肯定达不到有效的散热,影响整个产品性能,得不偿失. 如下图: 与PCB板下方与散热片接触的三个功率器件,使用软性硅胶导热片,富有弹性,可以自然填充间隙,导热效果更好,每个功率管的热量都可以有效传递到散热片上. 
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