《電子熱設計》ppt課件

1、電子產品熱設計培訓課程,2024年4月2日,,,講師：Dove S.H,保持安靜,請將手機調整至關機或震動狀態(tài)課程以講課形式,會留有溝通以及答疑時間,工作后學習,學習后工作,課件目錄:一.散熱基本知識散熱原理散熱模組行業(yè)應用以及發(fā)展趨勢什么是熱設計熱設計內容熱設計流程熱仿真簡介二.熱設計仿真FLOWTHERM入門課程FLOWTHERM高級課程熱仿真模型應用練習熱評估報告,散熱原理,熱量傳遞有三種基本方式: 導熱

2、,對流和熱輻射.導熱 氣體的導熱是由氣體的不規(guī)則運動產生碰撞造成的,干空氣的導熱系數(shù)約為0.03W/(m-K);金屬等主要依靠自由電子的運動完成,就導熱系數(shù)而言, 銀>銅>金>鋁;液體中主要依靠彈性波(晶格結構振動的傳遞)的作用. 導熱過程熱計算公式： Q = K﹡ A ﹡ΔT/ΔL　　　式中： Q－熱流量，Ｗ　　　　　　Ｋ－導熱系數(shù)，W/(m-K)　　　　

3、　?。粒怪庇跓崃鞣较虻臋M截面面積，m2　　　　　　ΔT －代表兩端的溫度差，K（℃）　　　　　　ΔL － 代表兩端的距離差，m,散熱原理,讓我們來看一下圖標,更加深您的印象!,,銅與木材熱傳導后溫度分布,銅材的導熱系數(shù)高,經過熱傳導后,溫度在銅材中分布就非常均勻,相反的,木材的導熱系數(shù)偏低,于是相同的傳導距離,木材的溫度分布就明顯的不均勻(溫度顏色衰減的非?？?表示熱量傳導性不良.),散熱原理,對流,流動的流體(氣體或液體)與固體

4、表面接觸,造成流體從固體表面將熱帶走的熱傳遞方式 。根據(jù)引起流動的原因可以分為自然對流和強制對流。就介質而言，水的對流換熱比空氣強烈；有相變化的優(yōu)于沒有相變化的；強制對流高于自然對流；一般情況下，空氣的自然對流在1-10這個數(shù)量級，而水的強制對流換熱系數(shù)則是成千上萬。,對流換熱的計算公式： Q = H ﹡ A ﹡ ΔT 式中 ： Q －為熱對流所帶走的熱量，W

5、 H －為熱對流換熱系數(shù)值， W/(m2-K) ΔT －為對流換熱壁面的溫度與經過的流體溫度的溫差， K（℃） A －為對流換熱有效面積，m2。對于強制對流，可以認為是風道經過的所有壁面，自然對流則需要考量散熱模組的結構，并不是所有散熱面積都能有效地起到散熱作用。,散熱原理,對流,強制對流域自然對流在機箱中應用狀態(tài),散熱原理,熱輻射,物體輻射換熱量的計算公式

6、為： Q =ε﹡ A1 ﹡ σ ﹡ （T14-T24）式中： Q －為輻射換熱量，W ε －物體的發(fā)射率，習慣稱呼物體黑度，其值介于（0-1之間） A1 －輻射的有效表面積，m2 σ －黑體輻射常數(shù)，其值為5.67 x 10-8W/(m2-K4) T1 －物體有效輻射表

7、面的溫度,K T2 －物體所在的空間溫度,K,物體通過電磁波來傳遞熱量的方式稱為熱輻射。熱輻射不需要依賴介質傳遞，任何物體都存在熱輻射，物體不斷的向空間發(fā)出熱輻射，也不斷的吸收其他物體的熱輻射，形成輻射換熱。,散熱原理,熱輻射,ε物體表面的熱輻射系數(shù),其值介于0~1之間,是屬于物體的表面材料特性,這一部分當物質為金屬且表面拋光如鏡時,熱輻射系數(shù)只有約0.02 ~0.05而已,而當金屬表面一但作處理后(如表面

8、陽極處理成各種顏色亦或噴漆,則熱輻射系數(shù)值立刻提升至0.5以上 ,如下圖所示當散熱片表面處理成綠色后,熱輻射系數(shù)值立刻由0.03提升至0.82.,處理前　　　 　 處理后,散熱原理,熱輻射,Intel Pentium IV的CPU在紅外線攝影機下拍到的熱像就是那樣,金屬帽因為熱輻射系數(shù)低,相對熱輻射量就小,所以顏色溫度低,而芯片基板上表面是接近樹脂材料所以熱輻射系數(shù)較高,相對熱

9、輻射量就大,溫度顏色就高.熱輻射在自然對流散熱狀態(tài)下是不可忽略的,約在總散熱量的3成,而在強制對流中,可可以忽略不記.,散熱模組行業(yè)應用以及發(fā)展趨勢電子產品的行業(yè)發(fā)展趨勢: 產品結構越來越小,性能要求越來越高,支持多任務功能,更好便攜功能. 由此帶來更多的系統(tǒng)熱量,更大的熱流密度.因而散熱問題逐漸成為一個重要課題.散熱摸組也成為系統(tǒng)不可獲缺的重要部分. 盒子舉例 水渠舉例,壓鑄成型

10、,鋁擠成型,FOLDFIN,塞銅工藝成型,散熱模組行業(yè)應用以及發(fā)展趨勢,散熱摸組行業(yè)應用,,PC標準架構散熱模組,LED燈散熱模組,散熱模組行業(yè)應用以及發(fā)展趨勢,散熱摸組行業(yè)應用,,,,PDP電視機散熱模組,散熱模組行業(yè)應用以及發(fā)展趨勢,散熱摸組行業(yè)應用,,電源行業(yè)散熱模組,散熱模組行業(yè)應用以及發(fā)展趨勢,散熱摸組行業(yè)應用,,LED燈板散熱模組,散熱模組行業(yè)應用以及發(fā)展趨勢,散熱摸組行業(yè)應用,,機頂盒散熱模組,散熱模組行業(yè)應用以及發(fā)展趨勢

11、,行業(yè)內散熱模組構建方案趨勢,,面對市場的成本壓力,在散熱模組的設計上出現(xiàn)新的理念:PCB散熱解決方案散熱結構件解決方案模塊隔離解決方案 被動散熱已經成為過去,整個散熱模組的成本或從系統(tǒng)角度去計算成本才是研發(fā)工程師是需要關注的.,什么是熱設計,熱設計的基本任務是: 通過熱設計在滿足性能要求的前提下盡可能減少設備內部產生的熱量；減少熱阻；選擇合理的冷卻方式 .保證設備在散熱方面的可靠性.

12、 熱設計不是只設計我們看的到的散熱器,熱設計工程師需要全面參與系統(tǒng)設計中的,邏輯,器件選型,PCB布局,結構,硬件/軟件調試,EMC.但最終我們看到的就只有一個散熱器.或者連散熱器都沒有. 事實并不一定是真相,很多時候表象出來是散熱問題,但最終分析出來的確不是熱設計的問題.我們可以這樣解釋熱設計: 熱設計方案是協(xié)調多部門設計后的一個妥協(xié)方案. 現(xiàn)在的熱設計主要針對的散熱目標有:CPU,NB,SB

13、,TCP,MOSFET,LED等等;,,,熱設計的內容,要做好熱設計,就要了解散熱器制造工藝,還要去熟悉上游的邏輯,PCB布局,結構,EMC等,做好各設計單位之間的溝通.(成本掌控,進度掌控,品質掌控),,,散熱器工藝介紹機械加工 表面處理 焊接組裝,熱設計的內容,,熱管簡介導熱介質導熱硅膠片相變化材料GREASE導熱雙面膠帶PCB的熱設計機箱機殼的熱設計簡介,熱設計流程,熱設計與邏輯設計,結構設

14、計等都密不可分,把熱設計放在最后來做散熱處理就不叫熱設計,那只是散熱補救措施.不利于公司流程,也浪費公司資源.,,,1）首先明確設計條件，如設備的功耗、發(fā)熱量、容許溫升、設備外 形尺寸、設備放置的環(huán)境條件等；  2）決定設備的冷卻方式，并檢查是否滿足原始條件；  3）分別對元件、線路、印制電路板和機箱進行熱設計；  4）按熱設計檢查表進行檢查，確定是否滿足設計要求。,

15、什麼是 CFD ?,~ 計算流體力學 (Computational Fluid Dynamic),有限體積法Finite Volume Method ?,能量守恆 (Energy Balance),動量守恆 (Momentum Conservation),質量守恆 (Mass Conservation),熱仿真簡介,熱仿真簡介,CFD是利用主要計算3個重要的物理參數(shù):壓力分佈 檢驗散熱模組附近以及熱流通道位

16、置的風壓分布,改善散熱器的結構以及散熱通道布局,從而改善散熱狀況.,壓力云圖,熱仿真簡介,(2) 三個方向速度 檢驗X,Y,Z三個方向速度大小,改善散熱器結構,判斷熱流通道的順暢與否.,速度場,熱仿真簡介,(3) 溫度分佈 檢驗所需散熱部件的溫度,以及散熱器的溫度是否超出規(guī)格,藍調整散熱器結構以及其它設置.,溫度云圖,熱仿真簡介,壓力云圖,速度場,以及溫度場圖可以直觀顯示散熱狀況,幫助工程師在樣品前期進行可行性設計,

17、縮短開發(fā)周期,節(jié)約開發(fā)經費具體作用如下:,(1) 計算速度快 , 可以在有限的時間內針對許多不同的設計 分析.,(2) 避免不必要的開模成本.,(3) 看到流體運動的方式,(4) 設計方向正確,,,PK888 reference model,熱仿真簡單實例,熱仿真簡單實例,熱仿真簡單實例,熱仿真簡單實例,所得結果取最佳情況再設計樣品,,,,,基本分析流程 ~ 前處理 (Pre Process),基本分析流程 ~ 計算 (Solver),