[計(jì)算機(jī)軟件及應(yīng)用]熱設(shè)計(jì)講座(存儲(chǔ)版)
【正文】 焊料的影響 基板技術(shù)的影響 基板材料的影響 有機(jī)介質(zhì)材料的影響 介質(zhì)層通孔面積的影響 熱介質(zhì)材料的影響 熱介質(zhì)的影響 芯片功率點(diǎn)分布的影響 (a)位于基板中心 (b)位于基板上部 高效熱控制技術(shù) ? 微通道散熱器 ? 熱管技術(shù) ? 相變冷卻 :液體相變冷卻 :固體相變冷卻 高效熱控制技術(shù) ? 微通道散熱器 Cu絕緣體(AlN)粘接劑芯片SiSiO2結(jié)合面芯片微通道散熱器組裝 激光切割微通道散熱器 MCM與微通道散熱器 零熱阻熱管（ 1） 鉸鏈熱管（ 2） 微型熱管（ 3） 仙人掌熱管散熱器 微型熱管散熱器 薄膜熱電致冷 鉆石薄膜散熱器鉆石薄膜散熱器基于B i2Te3的TE 薄膜金屬化層阻擋層銅帶層接觸層阻擋層銅帶層阻擋層焊料凸點(diǎn)阻擋層金屬化層不同流體的換熱系數(shù) 1 10 100 水氟化物流體氟化物流體水空氣水氟化物流體空氣自然對流強(qiáng)迫對流沸騰h (W/cm2℃ 1) 蒸汽 粘度 /(Pa39。239。139。通過屏蔽盒間的冷卻空氣流速為 76cm/s，冷空氣的入口溫度為50℃ 。cm2 ） 1 2 3 4 5 0 接觸壓力 /MPa 表面粗糙度 /μm 鋼 鋁 導(dǎo)熱的數(shù)值分析 有限元素法 (變分原理 ) 有限差分法 (溫度連續(xù)分布問題轉(zhuǎn)化為離散點(diǎn)的問題 ,用差商去代替微商 ) 有限差分法求解步驟 （ 2）討論與該差分格式對應(yīng)的線性代數(shù)方程 解的唯一性 （ 3）求解代數(shù)方程組，得到區(qū)域內(nèi)的溫度分布 (確立差分格式是關(guān)鍵 ,通過區(qū)域離散化 ,建立 區(qū)域差分方程和邊界條件的差分形式 ,構(gòu)建差分格式 ,求解線性代數(shù)方程 ,得到各節(jié)點(diǎn)的溫度 ,節(jié)點(diǎn)數(shù)越多 ,精度越高 ) （ 1）構(gòu)成差分格式 有限元素法求解步驟 （ 2）寫出單元的泛函表達(dá)式 （ 3）構(gòu)造每個(gè)單元內(nèi)的插值函數(shù) （ 1）區(qū)域離散化 （ 5）構(gòu)成代數(shù)方程組 （ 6）求解代數(shù)方程組 （ 4）求泛函極值條件的代數(shù)方程表達(dá)式 對流換熱影響因素 流體流動(dòng)發(fā)生的原因 (自然對流與強(qiáng)迫 對流 ) 流體流動(dòng)的狀態(tài) (層流與紊亂流 ) 換熱面的幾何形狀和位置 (平板 ,圓管 ,肋面與橫放 ,豎放 ,水平或垂直等 ) 流體的物理性質(zhì) (導(dǎo)熱系數(shù) ,比熱 ,密度 ,黏度等 ) 對流換熱系數(shù) )( fwc ttAh ???對流換熱現(xiàn)象 換熱系數(shù) 空氣自然對流 3~10 氣體強(qiáng)迫對流 20~100 水自然對流 200~1000 水強(qiáng)迫對流 1000~15000 水沸騰 2022~25000 高壓水蒸汽強(qiáng)迫對流 500~3500 水蒸汽凝結(jié) 5000~15000 對流換熱計(jì)算 準(zhǔn)則數(shù) 名稱 物理意義 換熱強(qiáng)弱努謝爾特?cái)?shù)） ( k Dhu cN ?粘性力慣 性力 ( 雷諾數(shù)）?wDeR ?? ? 22 3 ( 粘性力 慣性力浮升力格拉曉夫數(shù)） ??? ?? t g DrG流體特性參數(shù)普朗特?cái)?shù)） ( ???rPU feDDHL 4?、定性溫度： 特征尺寸 fm tt 、? ?nmrrum PGcN ??)( fwcc ttAh ???準(zhǔn)則方程 ? ?rrPG豎放平 板柱體 水平板 (熱面朝上 ) 水平板 (熱面朝下 ) ＜ 109 ＞ 109 ＜ 2 107 ＞ 2 107 3 105 ~ 3 1010 流態(tài) 層流 紊流 層流 紊流 層流 C n 1/4 1/3 1/4 1/3 1/4 特征尺寸 高度 正方形取邊長 圓盤取 狹長條取短邊 矩形 L=2ab/(a+b) 自然對流換熱計(jì)算 管內(nèi)流動(dòng) 2 rfefuf PRN ?)( fwcc ttAh ???? ? ? ? wfuuldrfefuf PRN ?? ?fwcc ttAh ???定性溫度 : 流體平均溫度 特征尺寸 : 管子內(nèi)徑或當(dāng)量直徑 ? ?410?eR紊流 準(zhǔn)則方程 層流 準(zhǔn)則方程 注 :上述公式或適用于直管、長管 ? ?50?dl否則要乘相應(yīng)修正系數(shù) 強(qiáng)迫對流換熱 ? ?39。 fff ttt ??? ?2300?eR 3 fuf RN ? efuf RN ?? ?fwc ttAh ???定性溫度 : 特征尺寸 : 流體流動(dòng)方向板或柱體的長度 L ? ?510?eR紊流 準(zhǔn)則方程 層流 準(zhǔn)則方程 強(qiáng)迫對流換熱計(jì)算 ? ?39。試確定印制板表面和屏蔽盒表面的熱點(diǎn)溫度。39。239。m3) 液體動(dòng) 力粘度 /(Pa℃ ) ℃℃h (W/cm2kg1 2??熱管的工作原理（ 1） 熱管的工作原理（ 2） ? ?e ec c rrlecc PPP ??? co sco s39。ttnlttmt???????)( 39。39。與速度的關(guān)系為 22VH c m H O1277??? ????沒有空氣流動(dòng)的增壓電子機(jī)箱 無空氣流動(dòng) （ ） （ 0cmH2O） （ ） Ht（總壓頭） Hv（速度頭） Hs（靜壓頭） = + （ ） 0 鼓風(fēng)通過電子機(jī)箱時(shí)的壓頭特性 電子機(jī)箱抽風(fēng)時(shí)的壓頭特性 （ ） （ ） （ ） Ht（總壓頭） Hv（速度頭） Hs（靜壓頭） = + 吹風(fēng)空氣流速 V=4005ft/min 空氣進(jìn)口 空氣出口 （ ） （ ） （ ） Ht（總壓頭） Hv（速度頭） Hs（靜壓頭） = + 抽風(fēng)空氣流速 V=4005ft/min 空氣出口 空氣進(jìn)口 PCB組件風(fēng)冷 出口 PCB 空氣入口 軸流風(fēng)機(jī) 雛形風(fēng)道 機(jī)殼 200 (1) (2) (3) (4) (5) (6) PCB之間間隙形成的冷卻通道 印制電路板 a=230mm b=200mm 空氣流向 d= 管道縱橫比 a 2 3 0 92d 2 .5??各個(gè)部件的壓頭 （ a）伸出管道，不良進(jìn)口 （ b）傾斜邊緣，良好進(jìn)口 48 28 輕型葉翼軸式風(fēng)扇的空氣流通橫截面（類似于 Rotron Aximax2） 88 100 R=6 點(diǎn) 2處的空氣流通橫截面 點(diǎn) 3處的空氣流通橫截面 127mm 面積 = 分配冷空氣到印制電路板管道的進(jìn)氣槽 15mm 面積 = 各種形狀進(jìn)口的損失 通道形式 說明 速度頭（ HV） 損失數(shù) 普通管道端 法蘭管道端 圓滑進(jìn)口 伸出進(jìn)口 表 2 第 1點(diǎn) 第 2點(diǎn) 第 3點(diǎn) 第 4點(diǎn) 第 5點(diǎn) 第 6點(diǎn) A(cm2) V1(cm/s) V2 V3 HV1(cmH2O) HV2 HV3 12 400 800 1200 375 750 1125 497 995 1490 305 609 914 120 239 358 120 239 358 系統(tǒng)的壓力損失 表 1 通道形式 說明 速度頭 (HV)損失數(shù) 普通管道端 發(fā)藍(lán)管道端 圓滑進(jìn)口 伸出進(jìn)口 速度頭 ① 空氣進(jìn)口 ② 空氣出口 耗散功率 Q=500W 自由流通 面積 = 480mm 1830mm 大型機(jī)柜的抽風(fēng)流動(dòng) 5ft 122℉ 空氣出口 隔板 空氣進(jìn)口 （ a） ② ① ③ ④ 耗散功率 Q=300W A4=100in2 A3=50in2 A2=100in2 A1=50in2 122℉ ta （ b） 表示大型機(jī)柜流動(dòng)阻力的數(shù)學(xué)模型 通風(fēng)機(jī)工作點(diǎn)確定 恒速風(fēng)扇； 3相， 115伏， 400周 454 JS馬達(dá) 15500轉(zhuǎn) /分， 25瓦 變速風(fēng)扇（ Altivar）：單相 400， 415YS馬達(dá) 11000轉(zhuǎn) /分， 18瓦 不穩(wěn)定點(diǎn) 機(jī)箱阻力曲線 5 4 3 2 1 0 5 10 15 20 2 1 A B m3/min cmH2O 通風(fēng)機(jī)的選擇 種類、特點(diǎn) 工作點(diǎn) 特性曲線 通風(fēng)機(jī)串聯(lián) 通
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