【正文】 kAkAkttttAkvwwvfcvcvww????? ??? ???電子設(shè)備自然冷卻設(shè)計(jì)技術(shù) 自然冷卻設(shè)備的結(jié)構(gòu)因素 機(jī)殼熱設(shè)計(jì) 機(jī)殼通風(fēng)孔面積 機(jī)殼表面處理 )( c m 0 tHA ?? ???PCB自然冷卻熱設(shè)計(jì) 印制線（導(dǎo)體）尺寸的確定 PCB上元器件熱安裝技術(shù) 盡量利用 DIP的引線導(dǎo)熱 粘接技術(shù) 采用散熱 PCB（導(dǎo)熱條、導(dǎo)熱板、夾芯板） 冷熱分區(qū)排列 元件排列方向有利于氣流流動(dòng)與冷卻（阻力） 減小元件熱應(yīng)變的安裝技術(shù) 導(dǎo)軌熱設(shè)計(jì) 內(nèi)導(dǎo)體寬B/mm 5 10 50 100 200 300 400 0 10 12 10℃20℃30℃40℃60℃允許電流/A 導(dǎo)體面積 A/103m2 1 0 70m?35m? m?印制導(dǎo)體尺寸與電流、溫升的關(guān)系 70℃65℃60℃65℃55℃70℃50℃120℃100℃90℃80℃（ a）金屬夾芯印制板 （ b）普通印制板 PCB溫度分布 消除熱應(yīng)力的元件安裝方法 （ a） （ c） （ b） 導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)形式 0~ 條件 (B) (A) (D) 各種導(dǎo)軌的熱阻值 (℃ .mm/W) (C) 267 203 203 153 46 48 305 394 （ a） （ b） （ c） （ d） PCB熱計(jì)算 均勻熱負(fù)荷導(dǎo)熱條熱計(jì)算 普通 PCB熱計(jì)算 ckALt2m a x???? ?scsbsbsq RRRR ??? ?)( P C B 1 方阻bbksbR ??)( 1 印制線方阻cckscR ??面積百分比印制線占 PC B :?BLR sqt8m a x???? ? ? ?? ??????? ??? ? LhRchLBh sqct 12m a x ? ?? ?BLsq chLBRt 18m a x 1 ??? ?? ?? ?FEt LBhR c sq ???? 0 7 8 a x? ?? ? ? ??????? ?? BRhch LsqcE 1?? ?? ? ? ??????? ?? LRhch BsqcF 1?0?chBL(1) 0?ch(2) 0?ch(3) 0?ch(4) 半導(dǎo)體用散熱器熱計(jì)算 m a x )1( ?最大功耗jmax )2( t? ??? cs RRbR )3(?hA1fR )4( ?atjt ftfRbRbR?集成電路的熱分析 離散熱源產(chǎn)生的收縮效應(yīng) （ 1）無(wú)限大的導(dǎo)熱介質(zhì)上的圓熱源 （ 3）長(zhǎng)窄條熱源在有限導(dǎo)熱介質(zhì)上 （ 2）有限大的導(dǎo)熱介質(zhì)上的圓熱源 cj TTT ???0（ 4）短而窄熱源在有限導(dǎo)熱介質(zhì)上 ?jTcT?0T表面溫度 2r1 2r2 Φ 2b Φ 2a Φ 2a 2d 2b r Φ (a) (d) (c) (b) （ A）圓形熱源的收縮效應(yīng) （ B）窄條熱源的收縮效應(yīng) r1熱源半徑， r2圓柱半徑 長(zhǎng)窄條熱源 krtc 12 ????收縮效應(yīng) 有限大圓形導(dǎo)熱介質(zhì) 無(wú)限大圓形導(dǎo)熱介質(zhì) 211)1(2 rrkrt c ??? ??])2si n (1ln [balkt c ?????短窄條熱源 321 cccc tttt ???????其中 221)s in (2 mbamacbkt??? ?????????1222)si n (2 m mbdmabckt???? ????? ?????1 12223 ])()[()s i n ()s i n (22 m n bmnmbamcdnadkt ??????2a熱源寬度， 2b窄條寬度， l窄條長(zhǎng)度 2d— 窄條熱源長(zhǎng)度， 2c— 短條長(zhǎng)度 典型微電路組裝圖 陶瓷基板 芯片 粘結(jié)劑 基板 環(huán)氧樹脂 柯伐合金 導(dǎo)熱脂 （ a） （ b） 芯片結(jié)到外殼的傳熱 CURCHRCDOREURCHRCDARALREPRKORSGREURCHRCOBREURCHRCDORCCRCAR CBRCDRC A B D 55℃ 1t2t3t4t電子設(shè)備強(qiáng)迫空氣冷卻 單個(gè)元件風(fēng)冷 整機(jī)鼓風(fēng)冷卻 整機(jī)抽風(fēng)冷卻 大機(jī)柜中屏蔽盒的通風(fēng)冷卻 出風(fēng)口 外部對(duì)流 外部輻射 內(nèi)部對(duì)流 風(fēng)機(jī) 濾塵器 空氣入口 大機(jī)柜 PCB 熱計(jì)算 ? ? 32?? kCpc pGJCh ?1800Re200 ??當(dāng) 8 eRJ ?時(shí)長(zhǎng)寬比大于 ?正方形風(fēng)道54 ???當(dāng) eRJ ?wAWG ? ftC QW p ??? ? ?每厘米 7個(gè)肋片（鋁） 160 入口 出口 元器件 多層印制板 5 94 3 3 100 空芯 PCB風(fēng)冷 用速度頭表示電子機(jī)箱的壓降。39。39。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(wèn)題轉(zhuǎn)化為離散點(diǎn)的問(wèn)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(duì)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(guò)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(duì)流換熱影響因素 流體流動(dòng)發(fā)生的原因 (自然對(duì)流與強(qiáng)迫 對(duì)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(duì)流換熱系數(shù) )( fwc ttAh ???對(duì)流換熱現(xiàn)象 換熱系數(shù) 空氣自然對(duì)流 3~10 氣體強(qiáng)迫對(duì)流 20~100 水自然對(duì)流 200~1000 水強(qiáng)迫對(duì)流 1000~15000 水沸騰 2022~25000 高壓水蒸汽強(qiáng)迫對(duì)流 500~3500 水蒸汽凝結(jié) 5000~15000 對(duì)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(zhǎng) 圓盤取 狹長(zhǎng)條取短邊 矩形 L=2ab/(a+b) 自然對(duì)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(zhǎng)管 ? ?50?dl否則要乘相應(yīng)修正系數(shù) 強(qiáng)迫對(duì)流換熱 ? ?39。電子設(shè)備熱控制技術(shù) 趙惇殳 西安電子科技大學(xué) 2022年 5月深圳 電子設(shè)備熱控制 (設(shè)計(jì) )技術(shù) 熱設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ) 熱設(shè)計(jì)基本原理 液體冷卻 強(qiáng)迫風(fēng)冷 自然冷卻 蒸發(fā)冷卻 熱電致冷 熱管傳熱 熱測(cè)試技術(shù) 低熱阻及高效熱控制技術(shù) 電子設(shè)備熱 (控制 )設(shè)計(jì)參考資料