散热原理介绍

热传原理
热传导K值越大 表示传热能力越强
Material Diamond Silver Copper Gold Aluminum Brass Iron Steel Lead Thermal conductivity (W/m K)* 1000 406 385 314 205 109 79.5 50.2 34.7 Material Brick, red Water at 20° C Brick,insulating Wood Asbestos Cork board Fiberglass Rock wool Wool felt Thermal conductivity (W/m K)* 0.6 0.6 0.15 0.12-0.04 0.08 0.04 0.04 0.04 0.04
45 and 52 mm fan comparison - Qmax v.s. fan speed (3mm install)
50 48
49.6dBA (35)
fan 45+cover 35 install fan 45+cover 40 install fan 52+cover 40 install fan 52+cover 45 install fan 52+cover 52 install
铜块-- Thermal Block
1-2-1材料: C1100, A1050 1-2-2制程:冲压 1-2-3材料厚度: 0.8, 1.0, 1.5, 2.0,2.5mm 1-2-4 Outline dimension recommend for 35W is above 20*20mm
配件，贴件：
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=K‧A‧ (dT/dx) Q:传递热量(W) K: Thermal Conductivity W/m-K A: ContactArea(m2) 率(K/m) dT/dx:是物体沿L方向的温度梯度，即温度变化
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) 3. 辐射(Radiation)
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
热管加工过程
切断 缩头 缩尾
清洗
焊尾 Next
35
热管加工过程
组装 裁切及清洗 还原 注水 一次除气 二次除气 整形 整圆 压扁 折弯 整形 36 焊头
47.0dBA(40 ) 46 44.5dBA(40)
44 42 40 2500 3000 3500 4000 4500 5000
43.8dBA(45)
fan speed (rpm)
Fan speed (rpm)
影响风扇性能的要素

舌口(tongue)影响噪音和流量
纯角
流道过窄
锐角
利用舌口强制分 配双出口流量
散热器概念及介绍
shiyan 2012/07/24
1.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
AL 304SS
Life(hrs)
Ammonia
0.45 86
-60~100 -10~100
36000 25000 50000 8000
Freon113
CU AL 3044SS
CU AL 304SS CU AL 304SS CU 304SS CU
Acetone(丙酮)
300
0~120
Methanol (甲醇)
450 340 4000
10~120 0~120 30~250
>50000 2000 24000 > 75000
Ethanol (乙醇) Water
品质因子Nl=σρlhfg/μl(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。
各种外形风扇

轴流扇
导热胶
Dow-Corning: 4450 Typical 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: 3873 Typical 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
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。
热传原理 对流常数:一般与流体的型态 速度 有关
对流型态 自然对流 描述 因密度差异所导致 H 值范围 (W/m2K)
10 (gas) 100 (liquid) 100 (gas) 1000 (liquid) 20,000 20,000
强制对流 由风扇或者外在物体驱 动 沸腾 冷凝 相变化液体变成气体 相变化由气体变成液体
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.)
Thickness of Heat Pipe for 35W input is recommended for 3.5mm.
工质的种类和特点
Work fluid Relative figure of merit (80℃) Useful range(℃ ) Wick/Vessel material
表面温度T1 q1 q2 表面温度T2
两表面间的净辐射热交换
Heat 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
平台:AIO一体机
平台:Cooler
平台:医疗器
平台:室外发射器
平台:上网本
主动式散热器零件介绍
界面材料--TIM
1-1-1 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

离心扇
各种外形风扇
流道的设计
• 流道的设计必须遵守”流道渐扩”原
则:
CW Cr C2
Boundary streamline
r tan 0 e r0
θ
α
dθ
γ
γ0
where r0 : fan diameter α0 : flow angle at blade tip
• 通常以客户给定的空间,决定α0的值
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
q A1 (T T )
4 1 4 2
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5.67× 10-8W/m2· 4) K 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：℃)
无舌口设计 自然分配流量
影响风扇性能的要素

吸风距离
1 0.9 0.8 4500 4400 4300 4200 4100 4000 3900 3800 3700 3600 1 3 5 Distance 7 9
N(rpm)
upper plane plate distance ,N
7.5 7
Qmax (cfm)
6.5 6 5.5 5 4.5 4 2500 3000 3500 4000 4500 5000
fan 45+cover 35 install fan 45+cover 40 install fan 52+cover 40 install fan 52+cover 45 install fan 52+cover 52 install
离心扇的P-Q
NEW DESIGN AVC_54.3dB-A
40
7
35
BFB1012H-A(MOCKUP_55dB-A)
6
30
BA10033B(NEW_54.3dB-A)
5
25
P (mmAq)
NEW DELT A_55dB-A
20
4 3 2 1 0
15
OLD AVC OLD DELTA
10
5
0 0 5 10 15 Air Flow (CFM) 20 25 30 35
模拟分析
分析方法
估计底部散热 估计散热面积 估计风扇引起的流速
评估方案性能
数据
试验
校验
检查结构，生产方法等 检验修改散 热方案 细化散热方案
校验散热系统 制定散热系统规 格 OK
设计典型案例:
平台:Calpalla 14' 平台:Calpalla 14' cpu 35w vga:25w cpu 35w
Mercury
Ice Concrete Glass,ordinary
8.3
1.6 0.8ห้องสมุดไป่ตู้0.8
Polystyrene (styrofoam)
Air at 0° C Polyurethane Silica aerogel
0.033
0.024 0.02 0.003
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(Newton’s law of cooling)通过物体表面之热传率为：
Q/A
Q=h‧A‧(Ts-Tfl) Q:传递热量(W) h: Coefficient W/(m2‧K) A: ContactArea(m2)
Ts: Wall Temperature (K) Tfl: Flow Temperature (K)
(Thermal network)
Junction Block Hp1 Hp2 Fin Ambient
Θj-b
Θb-hp1
Θhp1-hp2
Θhp1-fin
Θfin -
amb
※任何一段热阻都是最大的冷却能力表现
散热设计的流程
理清散热要求（即各发热 组件的规格） 设计散热方案
估计所产生的热量 可接受的热阻 可接受的设计空间
风扇性能指标

P-Q curve
轴流扇的P-Q常有这一段失速区
10 9 8
P-Q CURVE_UNDER 3600RPM
45
BFB1012H-SY05(52.5dB-A) AVC BLOWER(54.8dB-A)
avc 3400rpm AVC 4000rpm Delta EFB 92X38 4000rpm
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 resistanceθjunction-ambient -maximize airflow and ∆Toutlet-inlet
0
20
40
60
80
100
120
24.702
30.034
31.47 30.643
NB风扇介绍
影响风扇性能的要素

风扇的性能与公式 运用
风扇入风口影响性能
45 and 52 mm fan comparison -Noise v.s. fan speed (3mm install)
52
Noise Level (dBA)