电子散热设计基础理论
电子行业《热学》电子教案
电子行业《热学》电子教案一、导言热学是电子行业中的一个重要概念，它涉及了电子元件的热稳定性、散热设计以及热管理等方面。
本教案旨在介绍电子行业中的热学知识，并提供一些实际案例和应用示例，帮助学员更好地理解这一概念。
二、基本概念1. 热量热量是热学的基本概念之一。
它指的是物体在温度差的作用下，由高温物体向低温物体传递的能量。
电子设备在工作过程中会产生热量，如果不能及时处理，就会导致设备过热、性能下降甚至损坏。
2. 热传导热传导是热量在物体内部传递的过程。
在电子行业中，热传导是指电子元器件内部的热量传递过程，主要通过导热材料进行。
合理选择导热材料并设计良好的散热结构，可以提高元器件的热传导效率。
3. 热阻热阻是指物体抵抗热传导的能力。
在电子行业中，热阻是指电子器件与外界环境之间的热传导阻力。
降低热阻可以有效地改善电子器件的散热性能。
三、热学在电子行业中的应用1. 散热设计在电子设备中，一些元器件在工作过程中会产生大量的热量，如果不能及时散热，就会导致设备过热。
因此，合理的散热设计是电子行业中十分重要的一环。
通过选择合适的散热材料、设计散热结构以及增加散热风扇等方式，可以有效地提高电子设备的散热能力。
2. 热稳定性设计电子器件的性能会随着温度的变化而变化。
在设计电子器件时，需要考虑到温度对性能的影响，并进行合理的热稳定性设计。
通过选择适当的材料、合理的设计电路，可以提高电子器件在高温环境下的稳定性。
3. 环境温度控制电子设备的工作环境温度对其性能和寿命都有很大的影响。
在电子行业中，需要对设备的工作环境进行温度控制，以确保其正常工作。
通过合理的散热设计、空调设备等手段，可以控制设备的环境温度。
四、实际案例1. 智能手机散热设计智能手机在使用过程中，由于各种功能的开启和高性能处理器的运行，会产生大量的热量。
如果不能及时散热，就会导致手机过热，影响使用体验。
因此，智能手机的散热设计非常重要。
智能手机的散热设计一般包括以下几个方面：选择合适的散热材料，增加散热结构，如散热片、散热孔等，以增加散热面积和导热能力；设计合理的散热通道，使热量能够有效地从内部传递到外部；增加散热风扇等。
电子散热设计基础理论
电子散热设计基础理论内容第一节 概述 1 第二节 热传导 1 第三节 热辐射7 第四节 热对流8 第五节 影响对流换热的因素11 5．1 流体运动产生的原因5．2 流动状态的影响5．3 流体物性的影响5．4 温度因素的影响5．5 几何因素的影响5．6 其他第六节 复合换热20 第七节 模拟分析软件ICEPAK在传热设计中的应用 22附件1，ICEPAK在传热设计中的应用举例电子散热设计基础理论第一节 概 述传热现象在自然界普遍存在，有温差的地方就会有热量传递发生。
具体到在工程技术领域中，掌握传热体系内的传热量和温度分布最具有实际意义。
一般来说，对于无内热源的稳定传热过程，传热量（Q 或q ）和传热温差⊿t 的关系可表示为下列一般形式：Q=qF=⊿t/ R W 或 q=Q/F=⊿t/r W/m 2式中Q 亦称热流量。
q 亦称热流率或热流密度，⊿t[℃]亦称传热推动力，F[m 2]为传热面积，R[℃/W]为热阻，r =RF[m 2. ℃/W]称单位面积热阻.传热的基本方式有传导、辐射和对流三种，但实际换热过程往往是以一种形式为主的复合换热方式。
下面，结合实践经验，对这几种理论分别加以阐述。
第二节 热 传 导同一物体内部或互相接触的物体之间，当温度 不同但没有相对的宏观位移时的传热方式叫热传导 或导热。
微观来看，气体导热基于分子或原子的彼 此碰撞；液体和非导电固体导热的机理是分子或原 子振动产生的弹性波作用；而金属导热则主要靠自由电子的扩散传播能量[s] 。
其微观现象如（图2-1） 热源 所示， 从图中可以看出，热传导是热量从高温部分（图示最红色）往低温部分均匀传递，温度随之降低。
图2-1 热传导微观示意图导热的基本规律是付立叶（J.B.J.Fourier ）定律：式中 代表等温面法向温度梯度，k[W/m ℃]为导热系数，代表物质的导热能力，各类物质的k 值查附录1~8，一般情况下大致为：气体 0.01~0.6 W/m. ℃; 液体 0.01~0.7 W/m. ℃; 非导电固体 0.02~3.0 W/m. ℃; 金属 15~420 W/m. ℃; 绝热材料 <0.23 W/m. ℃;同一物质的k 值并非常量,通常受温度影响较大,但也与纯度、湿度和压力等有关。
热传导方程和热扩散的原理及应用
热传导方程和热扩散的原理及应用热传导是指物质内部的热量从高温区域传递到低温区域的过程。
理解热传导方程以及热扩散的原理是研究和应用热传导现象的关键。
本文将讨论热传导方程的背景和原理，以及热扩散在实际生活中的一些应用。
热传导方程是描述热量在物质中传播的数学方程，它是基于热传导的基本原理和实验观察得出的。
热传导方程的一般形式如下：∂T/∂t = α∇²T其中，T是温度，t是时间，α是热扩散系数，∇²是拉普拉斯算符。
从热传导方程可以看出，温度的变化率与热扩散系数和温度梯度的平方成正比。
温度梯度是指单位长度内温度的变化量，而热扩散系数则衡量了物质传递热量的能力。
热扩散系数越大，物质越容易传递热量。
热传导方程的解决方案是通过数值计算或解析求解来获得的。
对于简单的几何形状和边界条件，可以使用分析方法，如分离变量法或格林函数方法。
对于复杂的几何形状和边界条件，数值方法，如有限差分法或有限元法，被广泛应用。
热扩散在许多领域中起着重要作用。
以下是一些热扩散的实际应用：1. 电子器件散热：电子器件的散热问题是现代电子技术中的一个重要挑战。
热扩散理论提供了设计高效散热系统的基础。
通过优化散热材料和结构，电子器件的温度可以有效控制，从而提高性能和可靠性。
2. 热处理：热处理是通过控制物体的温度变化来改变其微观结构和性能的工艺。
热扩散是热处理的基础，它决定了加热和冷却过程中温度的分布和传递速度。
通过合理调整温度和时间，可以实现物体的硬化、退火、淬火等特定性能。
3. 地下水热回收：地下水热回收是一种利用地下水的热能来供暖或供冷的技术。
通过热扩散方程可以模拟地下水的温度分布和传递过程，帮助设计和优化地下水热回收系统，提高能源利用效率。
4. 热电效应：热扩散与电磁场的相互作用可以导致热电效应的产生。
这种效应将热能转化为电能，例如热电发电、热电制冷等。
热扩散理论可以用来解释和优化热电器件的性能。
总之，热传导方程和热扩散的原理是研究和应用热传导现象的关键。
最后一讲-FloEFD - 电子散热补充资料 CN
∑k
kp =
i =1
N
i
⋅ di
In-P lan e
Co nd
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ity (W /mK )
Level 2: 各层详细信息
Level 4: 所有电路(traces)。不可能。
4
IDF 导入
IDF是一种标准的 ASCII 格式，描述电路基板外 形和零件资料。
Marlow 和 Melcor 部件支持 库
29
工程数据库: 电子固体材料库
(EL 模型)
典型电子系统设计所需材料 包括的材料有：IAlloys, Ceramics, Glasses & Minerals, Laminates, Metals, Polymers 和 Semiconductors. 为典型的IC封装提供特殊的 单热阻库。
流动分析菜单升级
新的工具条
工程数据库升级
14
多孔板
(EL 模型)
该简化模型主要用来代表多孔的薄板。 它可以作为开口压力条件或风扇条件 下的增加附加条件。 多孔板需要定义开孔率, 开孔形状 (圆, 矩形或者规则多边)以及孔的尺寸。 自动计算压降系数
15
焦耳热 (EL – 模型)
软件能够计算导电固体的稳态直 流电。 材料的电阻率可以是各向同性或 者是各向异性或者随温度而变化。 自动计算相应具体的焦耳加热效 应，包括传热计算。 只有导电材料如金属与复合金属 材料才能计算电势和电流。 绝缘体, 半导体, 流体以及无 效区域无法计算电势和电流
电路板简化模型侧面图 多孔介质
L
L
L
43
说明:
均衡的多孔介质表示可以捕捉到电路板以及元件产生的压降的整体效应，但是无法观 察到局部效应。
箱体散热方案设计
箱体散热方案设计1. 引言随着电子产品的不断发展和普及，箱体散热方案设计成为了赋予电子设备长寿命和良好性能的重要环节。
合理的散热设计可以有效降低设备温度，保护电子元件，提高系统可靠性和性能。
本文将介绍一种基于风扇散热的箱体散热方案设计。
2. 箱体散热方案设计流程箱体散热方案设计主要包括需求分析、热分析、散热方案选择和方案验证等几个阶段。
2.1 需求分析在进行箱体散热方案设计之前，需要进行需求分析。
这包括确定散热目标、工作环境要求、散热器材料、散热器尺寸和散热器数量等方面的要求。
需求分析是散热方案设计的基础，直接影响后续的热分析和散热方案选择。
2.2 热分析热分析是箱体散热方案设计中的重要一环。
通过对电子设备内部的热量产生和传递进行分析，确定热源位置和热量大小。
同时，热分析还需要考虑外部环境的影响，如环境温度和湿度等因素。
热分析的结果将为后续的散热方案选择提供基础数据。
在进行散热方案选择时，需根据热分析结果和需求分析的要求，结合散热技术的发展和成本等因素，选择合适的散热方案。
一般来说，散热方案可以分为被动散热和主动散热两种类型。
被动散热主要依靠传导、辐射和对流等方式来降低温度，而主动散热则通过风扇或水冷等方式强制排出热量。
2.4 方案验证散热方案选择后，需要进行方案验证，确保方案设计的可靠性和有效性。
可以通过热仿真分析或实际测试等手段来验证方案。
在验证过程中，还需要关注散热器的安装方式和散热器与元件之间的接触状况等细节因素。
3. 基于风扇散热的方案设计案例本文以基于风扇散热的方案设计为例，进行方案设计说明。
3.1 热分析通过对电子设备的热量产生和传递进行分析，我们得出了热源位置和热量大小的数据。
根据这些数据，我们可以确定风扇的位置和尺寸，以及散热器的材料和结构。
3.2 风扇选择在进行风扇选择时，需要考虑风扇的风量、噪音和功耗等因素。
根据需求分析中的要求，我们选择了一款低噪音并具备较大风量的风扇。
同时，风扇的尺寸也要适配散热器的尺寸和安装方式。
热流场富氏定律
热流场与富氏定律：理论与应用一、引言热流场，是指物体在热量传递过程中，温度分布随时间和空间变化的场域。
在自然界和工程实践中，热流场普遍存在，如气象变化、发动机工作、电子器件散热等。
而富氏定律，作为描述热流场变化的重要定律，为我们理解和分析这类现象提供了重要的理论基础。
二、富氏定律概述富氏定律，也称为傅里叶热传导定律，其基本原理是：在热传导过程中，单位时间内通过单位面积的热量与温度梯度成正比。
数学表达式为：q=-k▽T，其中q为热流量，k为热导率，▽为哈密顿算子，T为温度。
这个定律表明，热量总是沿着温度降低的方向传递，且传递的热量与温度梯度和热导率成正比。
三、富氏定律的应用实例在现实生活中，富氏定律的应用广泛。
例如，在建筑领域，工程师会根据富氏定律来设计保温材料和建筑结构的热性能；在电子工程中，电子设备的散热设计也需要依据富氏定律来优化。
在科研领域，富氏定律也被广泛应用于理论分析和实验研究，如对材料热性质的研究、对新能源系统热管理的探索等。
四、验证方法和数学推导验证富氏定律的正确性通常通过实验进行。
例如，在实验室环境中，对不同材料和结构进行加热或冷却，测量温度梯度、热流量等参数，从而验证富氏定律的适用性和精度。
数学推导则基于热力学的基本原理和微分方程，通过求解偏微分方程来得出富氏定律的数学表达形式。
五、富氏定律的局限性和应用前景虽然富氏定律在许多情况下能很好地描述热流场的特性，但它也有其局限性。
例如，它假设热量传递只与温度梯度和热导率有关，忽略了诸如对流、辐射等其他热量传递方式的影响。
在未来研究中，可以考虑将这些因素纳入模型中，以更精确地描述复杂的热流场现象。
此外，随着科技的发展，对热流场的精细化研究需求越来越大，如纳米尺度下的热传导、复杂多孔介质中的热扩散等。
在这些领域中，富氏定律的理论基础仍具有重要的指导意义。
六、结论本文从概念、应用、验证方法等方面对热流场和富氏定律进行了深入探讨。
通过实例展示了富氏定律在现实生活和科学研究中的应用价值。
CFD散热基础知识介绍
CFD散热基础知识介绍人们对手机等电子产品的依赖程度越来越高，长时间用手机聊天、看影视剧、玩游戏，往往会导致手机迅速发热，而手机类电子产品发热温升超过10度，性能往往会下降50%以上，并且手机类电子产品发热严重会导致手机重启或者爆炸等意外事故的发生。
如何更好提升手机的散热性能并且预防上述意外事故的发生，需要借助CFD手段在手机类电子产品的研发阶段就“把好关”。
那么，CFD软件如何在手机类电子产品中产生作用？1电子热设计基础理论1热传递的方式热量传递的基本规律是热量从高温区域向低温区域传递，热量的传递方式主要包括三种：传导、对流、辐射。
•传导传导是由于动能从一个分子转移到另一个分子而引起的热传递。
传导可以在固体、液体或气体中发生，它是在不透明固体中发生传热的唯一形式。
对于电子设备，传导是一种非常重要的传热方式。
利用传导进行散热的方法有：增大接触面积，选择导热系数大的材料，缩短热流通路，提高接触面的表面质量，在接触面填导热脂或加导热垫，接触压力均匀等。
•对流对流是固体表面和流体表面间传热的主要方式。
对流分为自由对流和强迫对流，是电子设备普遍采用的一种散热方式——所谓的自然对流是因为冷、热流体的密度差引起的流动，而强迫风冷是由外力迫使流体进行流动，更多是因为压力差而引起的流动。
产品设计中提到的风冷散热和水冷散热都属于对流散热方式。
影响对了换热的因素很多，主要包含：流态（层流/湍流）、流体本身的物理性质、换热面的因素（大小、粗糙程度、放置方向）等。
•辐射辐射是在真空中进行传热的唯一方式，它是量子从热体（辐射体）到冷体（吸收体）的转移。
提高辐射散热的方法有：提高冷体的黑度，增大辐射体与冷体之间的角系数，增大辐射面积等。
2增强散热的方式电子产品的设计可以通过以下几种方式增强散热：•增加有效散热面积：散热面积越大，热量被带走的越多•增加强迫风冷的风速、增大物体表面的对流换热系数•减小接触热阻：在芯片与散热器之间涂抹导热硅脂或者填充导热垫片，可有效减小接触面的接触热阻，这种方法在电子产品中最常见。
电路基础原理理解电路中的热效应与散热
电路基础原理理解电路中的热效应与散热在我们日常生活中，电路无处不在。
电路是指由电流通过的路径，它在各种电子设备中起着至关重要的作用。
电路的基本原理是根据欧姆定律，电流与电压成正比，阻抗与电流成反比。
然而，在电路中，我们也需要理解和处理一些热效应，以及如何实现散热。
当电流通过电路时，会产生一定的热量。
这是因为电阻元件会在电流通过时阻碍电子的流动，从而导致电能转化为热能。
这个现象被称为“焦耳效应”。
当电流流过较高阻值的元件时，会产生更大的热效应。
因此，在设计电路时，我们需要考虑如何减少电流通过较高阻值元件的情况，来避免过多的热量产生。
同时，电子设备中的热效应也与电源有关。
电源的输出电压与电流也会产生一定的热效应。
在使用电源时，我们需要根据设备的功率和耗电量来选择适当的电源功率。
过大或过小的电源功率都会导致设备的热效应问题。
因此，正确选择合适的电源功率是电路设计中不可忽视的一环。
另外，散热也是电路设计中一个重要的考虑因素。
当电路中的热量积累过多时，元器件温度会升高，这会对电路的性能和寿命产生负面影响。
因此，为了避免电路过热，我们需要采取一些散热措施。
散热的方法有很多种。
最常见的是使用散热器。
散热器可以提高电路元器件的表面积，从而增加散热的效率。
散热器通常由金属制成，因为金属具有良好的导热性能。
通过将散热器与电路连接，热量可以迅速传导到散热器上，并通过散热器的表面散发出去。
此外，还可以使用风扇、冷却片等辅助散热装置来提高散热效果。
除了使用散热器，还可以通过良好的电路布局来实现散热。
合理布局电路板上的元件，可以使热量均匀分布并避免热点的产生。
同时，在选择元器件时，也可以考虑采用低功耗、低热量产生的元件，来减少电路的热效应。
总之，在电路设计中，热效应和散热是不可忽视的因素。
理解热效应的产生原理，选择合适的电源功率和元器件，采取适当的散热措施，都是电路设计师需要掌握的技巧。
只有合理处理热效应和散热问题，才能保证电路的性能、寿命和安全。
散热片的散热原理
散热片的散热原理散热片（heat sink）是一种用于散热的设备，它主要用于吸收电子设备中产生的热量，并将其散发到周围环境中。
散热片通常用于电脑的CPU、GPU、电源模块以及其他集成电路等电子设备中，以确保它们在高负载工作时能够保持适宜的工作温度，从而提高其性能和稳定性。
散热片的散热原理主要建立在热传导和对流散热的基础上。
首先，我们来讨论一下热传导。
热传导是指热量在固体内部通过分子间的碰撞传递的过程。
在散热片中，热量主要是通过导热材料（通常是铝或铜）传导到散热片的表面。
导热材料具有良好的导热性能，可以迅速将热量从源头传导到散热片上，确保热量能够有效地被散发出去。
其次，让我们来讨论一下对流散热。
对流散热是指通过流体（如空气）的流动来带走热量的过程。
在散热片中，热量主要是通过散热片表面和空气之间的对流传递到空气中，进而被带走。
散热片的表面通常设计成一系列的鳍片结构，这样可以增加表面积，提高对流散热的效率。
散热片的工作原理可以简单概括为热量从电子设备传导到散热片表面，然后通过对流散热的方式将热量带走。
下面，我们将更详细地介绍散热片的散热原理。
首先，让我们来看看散热片的结构。
散热片通常由一块或多块导热材料制成，表面上覆盖着一系列鳍片。
导热材料通常选用铝或铜，这是因为它们具有良好的导热性能，并且比较轻便，便于制造和安装。
鳍片的设计是为了增加散热片的表面积，从而提高对流散热的效率。
此外，散热片的表面通常会进行一定的处理，以增加其与空气之间的热交换效率。
当电子设备工作时，会产生大量的热量。
这些热量主要是由集成电路内部的电子元件产生的，例如CPU或GPU芯片。
热量首先通过封装材料传导到散热片表面。
导热材料具有良好的导热性能，可以迅速将热量传导到散热片上。
一旦热量传导到散热片表面，就会开始进行对流散热。
对流散热是通过流体（通常是空气）的流动来带走热量的过程。
在散热片中，空气通常是通过风扇或其他方式循环流动的。
当热量传导到散热片表面时，表面的鳍片结构会增加其与空气之间的接触面积，从而加速热量的散发。
基于原理浅谈均热板散热结构设计
基于原理浅谈均热板散热结构设计摘要：伴随现代科技持续发展，电子产品自身功能更具多元化，任务处理效率持续提高，致使芯片所产生热量逐渐增加，外加外型轻薄化需求强烈，对散热挑战越来越大，为有效提升电子产品散热，需要对均热板散热结构合理优化设计。
鉴于此，本文主要基于原理探讨均热板散热结构的优化方向，旨在为业内相关人士提供参考。
关键词：散热结构；均热板；设计前言电子产品行业逐渐向着小尺寸、高性能、多功能方向发展，耗电逐步增加，芯片所产生热量逐渐增加，散热挑战越来越大，传统的风扇、热管、散热器难以应用到轻薄的电子产品中，而均热板可以较好的满足此需求，有较好的前景，故针对均热板基于其工作原理对其散热结构优化方向开展综合分析，有着一定的现实意义和价值。
1、工作原理简介均热板工作原理与热管工作原理类似，都是由密闭类真空的腔体，工质，毛细吸液芯等组成，工质在热源端吸收热量，冷凝端释放热量，通过毛细力驱动回流，高效往复循环，实现高效传热。
所不同的是，相对传统热管的一维散热，均热板扩展到了二维散热。
根据Cotter理论,热管工作正常条件需满足毛细力需克服内部蒸汽压降，液体压降和重力，即，结合最大传热量与潜热质量的关系等得出最大传热量计算公式如下：其中，液体的表面张力系数；——毛细有效半径；——有效长度；——液体密度；——汽化潜热；K——吸液芯的渗透率；——吸液芯的横截面积，又称液体流通面积；——阻力系数；——蒸汽粘度；——蒸汽腔水力半径；——蒸汽腔的横截面积；——蒸汽密度。
从上公式可以看出，与有效毛细半径成反比，有效毛细半径越小，最大传热量越大；与吸液芯的渗透率K、吸液芯的横截面积、蒸汽腔横截面积正比，渗透率越高，吸液芯的横截面积越大，蒸汽腔横截面积越大，最大传热量越大。
需要注意的是毛细半径越小，往往吸液芯的渗透率也越小，是一对矛盾体，两者取平衡。
2、轻薄化结构设计优化方向2.1基于常规结构减薄化设计常规均热板的结构见图1,由上盖板、下盖板、支撑柱、吸液芯毛细结构、蒸汽腔等组成，工质分布于在蒸汽腔和吸液芯中，内部抽真空，边缘焊接封边形成密闭腔体。
热力学里的散热结构-概述说明以及解释
热力学里的散热结构-概述说明以及解释1.引言1.1 概述在热力学中，散热是一个重要的概念。
散热结构是指能够有效传递热量并将其散发出去的结构体系。
在很多工程领域，如电子设备、汽车、建筑等，散热结构都扮演着至关重要的角色，能够确保设备正常运行并提高其寿命。
本文将探讨散热结构在热力学中的基本概念和设计原则，以及其在工程领域中的重要性和应用展望。
通过深入探讨散热结构的相关知识，希望能够为读者提供更深入的了解和认识。
1.2 文章结构文章结构是整篇文章的骨架，它清晰地规划了文章的内容和逻辑顺序。
在本文中，我们将按照以下结构展开讨论：1. 热力学基础:- 我们将简要介绍热力学的基本概念，如热量、功和热力学第一定律，以便为后续的讨论做好铺垫。
2. 散热结构的重要性:- 探讨散热结构在工程领域中的重要性，以及其在各种设备和系统中的作用和意义。
3. 散热结构设计原则:- 着重介绍散热结构的设计原则和方法，包括如何提高散热效率、减少热损失和优化散热结构的关键要点。
通过以上内容的逐步展开，我们将全面探讨热力学中散热结构的重要性和设计原则，为读者深入了解该主题提供系统化的指导和知识。
1.3 目的：本文旨在探讨热力学中散热结构的重要性和设计原则，旨在帮助读者深入了解散热技术在各种行业和领域中的应用。
通过对热力学基础知识和散热结构的相关理论进行分析和讨论，希望读者能够更好地理解散热结构在热传导和能量转换中的重要作用，进一步提高工程实践中的散热效率和能源利用率。
同时，希望通过本文的阐述，引起人们对散热技术的重视和关注，促进相关研究和应用的发展，为推动绿色环保和节能减排做出贡献。
2.正文2.1 热力学基础热力学是研究能量转化与传递规律的一门学科，它描述了热量如何在物质之间传递的过程。
在热力学中，有一些基本的概念需要了解，比如热力学第一定律和热力学第二定律。
热力学第一定律也称为能量守恒定律，它表明能量不会在热传导中消失，只是会从一个系统转移到另一个系统。
电子产品散热设计与ICEPAK 仿真培训
● 流体的沿程损失和局部损失 ● 层流与湍流
● 雷诺数与流动 ● 牛顿冷却定律 ● 电子产品的热传导冷却设计 ● 电子产品的热对流(自然对流/强制对流/水冷)设计 ● 电子原器件的热设计 ● 单一热源模型模组/高密度多热源的系统级等复杂条件下自然对流/强制对流换热系数的计算 ● 自然对流/强制对流其他各参数的计算(如:热阻/格拉晓夫数/努塞尔数……等等) ● 自然对流/强制对流的边界层的介绍与计算 ● 肋片式散热器的优化设计计算(如散热器底厚/最佳间距/最佳肋厚等) ● 扩散热阻的计算 ● 热管散热器的设计 ● 电子设备系统的(自然对流/强制对流/辐射)热设计散热的理论计算 ● 电子设备系统风道的设计 ● 电子设备系统的自然散热/强制风冷冷却通风口面积的计算 ● 电子设备系统的自然散热/强制风冷冷却进出风口高度的计算 ● 单一热源模型模组/高密度多热源的系统级风扇风量的计算 ● 单一热源模型模组/高密度多热源的系统级静压损失的计算 ● 电子设备系统的气流流阻曲线的建立 ● 电子设备系统的系统工作点的建立与合理的选取 ● 风扇的噪音控制 ● 大型机柜的冷却方法 ● 电子设备系统的辐射散热计算 ● 电子设备系统的瞬态冷却计算 ● 水冷板的结构介绍及选用原则 ● 水冷板的理论设计计算 ● 热电制冷器的设计 ● ……等等 8. 电子产品热设计散热方式控制方法的选择 9. 电子产品热设计理论计算实例
QQ: 502291081
本套培训课程内容(包括但不限于以下内容)
热设计培训教程目录:
1. 热设计基础原理部分 ● 热力学的第一/第二定律 ● 液体与气体的特性 ● 流体的主要力学性质 ● 流体力学的不稳定性 ● 流体流动的基本概念 ● 何谓传热及如何传热 ● 热传导 ● 瞬态 ● 热对流(自然对流/强制对流/水冷) ● 辐射 ● 能量守恒
散热设计基础知识
散热设计基础知识概述散热设计是指为了有效地降低电子设备的温度，保证其正常工作和延长使用寿命而进行的一系列设计和措施。
在电子设备中，由于电子元器件的工作会产生大量的热量，如果不及时散去，就会导致设备过热，影响性能甚至发生故障。
因此，良好的散热设计对于电子设备的可靠性和稳定性至关重要。
热传导热传导是指热量从高温区域传递到低温区域的过程。
在散热设计中，通过合理的热传导路径和散热材料的选择，可以有效地提高散热效率。
常见的热传导路径有导热胶、散热铜片等。
导热胶可以填充在散热片和芯片之间，提高热量的传导效率；散热铜片可以用于连接芯片和散热器，增加传热面积。
散热器散热器是散热设计中常用的设备，通过增大散热面积和利用辐射、传导和对流等方式来散热。
散热器的设计应考虑散热面积、散热片的数量和间距、散热片的形状等因素。
同时，散热器的材料也需要选择热导率高、密度低的材料，如铝合金、铜等。
风扇风扇可以通过强制对流的方式增加空气流动，加速热量的传递。
在散热设计中，风扇通常和散热器结合使用，形成风冷散热系统。
风扇的选型应考虑风量、噪音、功耗等因素。
同时，风扇的布局和安装位置也需要合理，以确保散热效果最佳。
散热片散热片是散热器中的重要组成部分，通过增大散热面积来提高散热效果。
散热片的设计应考虑片的数量、间距、形状等因素。
常见的散热片形状有直翅片、弯曲片等。
直翅片可以增大散热面积，提高散热效率；弯曲片可以增加空气流动路径，增强对流散热效果。
散热材料散热材料是散热设计中的关键因素之一，直接影响散热效果。
常见的散热材料有导热胶、导热硅脂、热导率较高的金属材料等。
散热材料的选择应根据散热要求和成本等因素进行综合考虑。
综合考虑在散热设计中，需要综合考虑多个因素，如散热器的尺寸、散热片的形状、风扇的选型等。
同时，还需要考虑电子设备的工作环境和工作负载等因素。
合理的散热设计应确保散热效果最佳、成本最低、可靠性最高。
总结散热设计是电子设备设计中的重要环节，良好的散热设计可以有效地提高设备的可靠性和稳定性。
笔记本电脑散热器的设计分析
笔记本电脑散热器的设计分析摘要：吹风式笔记本电脑设备在执行吹风技术功能过程中发生的损耗程度较为严重，其具体获取的吹风散热技术效果不甚理想。
本文借由对TRIZ理论的运用，全面详细分析梳理笔记本电脑吹风式散热器技术组件吹风技术环节损耗发生程度大，以及实际呈现的散热技术效果不甚理想的基本原因，继而设计形成能够发挥良好技术作用效果的笔记本电脑散热器技术组件。
关键词：笔记本电脑；散热器；设计；探讨分析引言：现代城市民众参与的日常生活实践过程和办公活动过程需要长期依赖和运用电脑设备。
笔记本电脑凭借其便于携带特点和较高技术性能，正在成为城乡各界普通民众的关键性选择。
电子技术元件在具体运行使用过程中通常会产生并且对外释放热量，且其能够深刻影响完整化计算机技术系统的运行稳定性和笔记本电脑产品的使用寿命持续时间，有统计学调查数据显示，约占总数80.00%的笔记本电脑设备硬件技术故障的发生，与散热相关技术问题具备相关性。
在笔记本电脑具体运行使用过程中，如果其具体所处的温度过高且无法获取到良好散热技术效果，则不仅会引致笔记本电脑发生严重卡顿问题，还引致笔记本电脑发生烧毁问题。
在笔记本电脑存在散热技术问题条件下，其不仅会诱导基本工作效率显著降低，引致笔记本电脑内部存储的数据信息资料发生灭失问题，甚至还有可能引致发生较为严重的人身伤害结果。
笔记本电脑内部自身具备的散热空间相对狭小，各界民众通常会选择并且配置使用外在散热器技术组件推进实现具体化的散热技术处理过程。
从目前已经获取的技术性调查数据可以知晓，吹风式散热器技术组件是笔记本电脑产品在选择购置外在散热器技术组件过程中的主流选择。
但是在具体使用过程中，吹风式散热器技术组件风扇结构组成部分在执行吹风技术动作过程中所处的空间位置相对固定，其无法直接针对笔记本电脑的散热孔技术结构和高热区展开吹风处置，且吹风式散热器技术组件目前不具备能够提供低温状态的技术装置，客观上引致风扇技术结构无法吹出冷风，影响限制笔记本电脑在具体使用过程中的总体性散热技术效果获取状态。
电子产品散热设计
YEALINK产品热设计VCS项目散热预研欧国彦2012-12-4热设计、冷却方式、散热器、热管技术电子产品的散热设计一、为什么要进行散热设计在调试或维修电路的时候，我们常提到一个词“**烧了”，这个**有时是电阻、有时是保险丝、有时是芯片，可能很少有人会追究这个词的用法，为什么不是用“坏”而是用“烧”？其原因就是在机电产品中，热失效是最常见的一种失效模式，电流过载，局部空间内短时间内通过较大的电流，会转化成热，热**不易散掉，导致局部温度快速升高，过高的温度会烧毁导电铜皮、导线和器件本身。
所以电失效的很大一部分是热失效。
高温对电子产品的影响：绝缘性能退化；元器件损坏；材料的热老化；低熔点焊缝开裂、焊点脱落。
温度对元器件的影响：一般而言，温度升高电阻阻值降低；高温会降低电容器的使用寿命；高温会使变压器、扼流圈绝缘材料的性能下降，一般变压器、扼流圈的允许温度要低于95C；温度过高还会造成焊点合金结构的变化—IMC增厚，焊点变脆，机械强度降低；结温的升高会使晶体管的电流放大倍数迅速增加，导致集电极电流增加，又使结温进一步升高，最终导致元件失效。
那么问一个问题，如果假设电流过载严重，但该部位散热极好，能把xx控制在很低的范围内，是不是器件就不会失效了呢？答案为“是”。
由此可见，如果想把产品的可靠性做高，一方面使设备和零部件的耐高温特性提高，能承受较大的热应力（因为环境温度或过载等引起均可）；另一方面是加强散热，使环境温度和过载引起的热量全部散掉，产品可靠性一样可以提高。
二、散热设计的目的控制产品内部所有电子元器件的温度，使其在所处的工作环境条件下不超过标准及规范所规定的最高温度。
最高允许温度的计算应以元器件的应力分析为基础,并且与产品的可靠性要求以及分配给每一个元器件的失效率相一致。
三、散热设计的方法1、冷却方式的选择我们机电设备常见的是散热方式是散热片和风扇两种散热方式，有时散热的程度不够，有时又过度散热了，那么何时应该散热，哪种方式散热最合适呢？这可以依据热流密度来评估，热流密度=热量 / 热通道面积。
散热设计及评估
2、强迫风冷的器件布局原则
充分考虑速大的 区域有利于散热进行布局设计将会使单板 获得 较优良的散热设计。
通过PWB散热的器件有必要片 面要求单板表面风速均匀。 当沿着气流来流方向布置的一系列器件都需要加散热器时，器
件尽量
沿着气流方向错列布置，可以降低上下游器件相互间的影响避 免将高大的元器件（结构件等）放在高发热元器件的上方。
因此对于被散热器遮挡的器件需要给出特别 关注。
注意单板风阻均匀化的问题：单板上器件尽量分散均匀布置，避免沿 风道方向留有较大的空域，从而影响单板元器件的整体散热效果
散热过孔设计
对于热设计来说，真正起到散热作用 的只有器件PAD底部的过孔和器件接地管脚旁边的几个过孔，这部分过 孔的设计就非常重要:
测试和分析研究表明，散热最优的过孔设计方案为：孔径10～ 12mil， 孔中心间距30～40mil，也可以根据器件的热耗水平和温度控
制要求对过孔数量进行优化
六、单板布局原则 ---1.器件布局原则
1) 发热器件应尽可能分散布置，使 得单板表面热耗均匀，有利于散 热。
2）不要使热敏感器件或功耗大的器 件彼此靠近放置，使得热敏感 器件 远离高温发热器件，常见的热敏感 的器件包括晶振、内存、 CPU等。
3）要把热敏感元器件安排在最冷区 域。对自然对流冷却设备，如 果外 壳密封，要把热敏感器件置于底 部，其它元器件置于上部；如 果壳不密封，要把热敏感器件置于冷
影响散热的外因是器件管脚与PWB的传热热阻和器件 上表面与环境的对流散热热阻。内因源于SOP封装本身很高传热热阻
1)die的热量通过封装材料（mold compound ）传导到器件上表面然后对流散热，低 导热的封装材料影响传热。 2)die热量通过pad、封装材料和器件底面与PWB之间的空气层后，递到PWB散 热，低导热的封装材料和空气层影响传热。 3)die热量通过lead Frame传递到PWB，lead frame和die之间是极细的键合线 （golden wire），因此die和leadframe之间存在很大的导热热阻，限制了管脚散热 。
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电子散热设计基础理论内容第一节 概述 1 第二节 热传导 1 第三节 热辐射7 第四节 热对流8 第五节 影响对流换热的因素11 5．1 流体运动产生的原因5．2 流动状态的影响5．3 流体物性的影响5．4 温度因素的影响5．5 几何因素的影响5．6 其他第六节 复合换热20 第七节 模拟分析软件ICEPAK在传热设计中的应用 22附件1，ICEPAK在传热设计中的应用举例电子散热设计基础理论第一节 概 述传热现象在自然界普遍存在，有温差的地方就会有热量传递发生。
具体到在工程技术领域中，掌握传热体系内的传热量和温度分布最具有实际意义。
一般来说，对于无内热源的稳定传热过程，传热量（Q 或q ）和传热温差⊿t 的关系可表示为下列一般形式：Q=qF=⊿t/ R W 或 q=Q/F=⊿t/r W/m 2式中Q 亦称热流量。
q 亦称热流率或热流密度，⊿t[℃]亦称传热推动力，F[m 2]为传热面积，R[℃/W]为热阻，r =RF[m 2. ℃/W]称单位面积热阻.传热的基本方式有传导、辐射和对流三种，但实际换热过程往往是以一种形式为主的复合换热方式。
下面，结合实践经验，对这几种理论分别加以阐述。
第二节 热 传 导同一物体内部或互相接触的物体之间，当温度 不同但没有相对的宏观位移时的传热方式叫热传导 或导热。
微观来看，气体导热基于分子或原子的彼 此碰撞；液体和非导电固体导热的机理是分子或原 子振动产生的弹性波作用；而金属导热则主要靠自由电子的扩散传播能量[s] 。
其微观现象如（图2-1） 热源 所示， 从图中可以看出，热传导是热量从高温部分（图示最红色）往低温部分均匀传递，温度随之降低。
图2-1 热传导微观示意图导热的基本规律是付立叶（J.B.J.Fourier ）定律：式中 代表等温面法向温度梯度，k[W/m ℃]为导热系数，代表物质的导热能力，各类物质的k 值查附录1~8，一般情况下大致为：气体 0.01~0.6 W/m. ℃; 液体 0.01~0.7 W/m. ℃; 非导电固体 0.02~3.0 W/m. ℃; 金属 15~420 W/m. ℃; 绝热材料 <0.23 W/m. ℃;同一物质的k 值并非常量,通常受温度影响较大,但也与纯度、湿度和压力等有关。
（1）单层平壁热传导工程上常见的平壁导热属于一维稳定导热，由付立叶定律可导出下列式子：如样品图所示，这两种散热器(图2-2 & 图2-3) 底部与发热源的传热方式一般可简化为单层平壁传热问题，我们在设计此类散热器也都会依照上述的传热理论。
我们现在常用做散热的材料的k 值，铝或铝合金取228W/m ℃；铜取386 W/m ℃。
图2-2 Heatsink 图2-3 CPU Cooler(2)多层平壁热传导（图2-4）根据付立叶定律：式中t1…t x+1 代表各层壁面温度，δi及R ki分别代表第i层的壁厚和导代表tQ t1ittn图2-5 铜铝结合散热器分别为内径，外径及平均直2,分别为第近年来，随着具有热超导体美誉的热管技术的发展，热管传热技术已经在各种工程实践中得到了广泛的应用。
下图(图 2-8)给出的是热管内部结构，以及热管传热的微观现象。
在热管的蒸发端，热量经管壁传入毛细管构造，并使液态工作介质受热蒸发为气体，携带大量的气相潜热，通过管内压力差自然对流到热管的冷凝端。
在冷凝端，由于温度低于工作介质的露点，气相工作介质便凝结为液态，再通过内壁的毛细管结构回流到蒸发端，如此循环工作。
图2-8 热管结构以及微观传热现象毛细管结构蒸发端：液体受热相变为气体，携带潜热对流到冷凝端Heat InHeat out冷凝端：气体放热相变为液体，回流到蒸发端图2-10图2-9上图( 图2-9)、(图2-10)产品，都是热管和Fin 结合实例，其中( 图2-9)产品应用在1U 服务器散热器，(图2-10 )产品应用在大型通讯用基站散热模组。
这些产品利用热管的特性，把热源的热量快速的从热源带出，再利用多Fin 把热量散发掉，从而达到快速降温效果。
第三节 热 辐 射物体通过电磁波传播能量的过程叫辐射，热辐射则专指波长为0.1~100μm 的热射线在空间传播能量的现象。
任何物体均能不断地向外界发射辐射能同时也接受来自周围物体的辐射能。
物体把热能以电磁波形式发射出去,接受这种电磁波的物体又将其转变为热能，两物体间的辐射换热为相互辐射热量的差额。
热辐射不需要媒介质并伴随着能量形式的转化是辐射换热的特点。
辐射能可以在真空中、少数透明固体和气体中传播，在大多数固、液体中无法传播，而在其表面被吸收或反射；热射线通过含有多原子 气体的气层时，可在透过气层厚 度时被逐步吸收。
其微观过程如左图（图3-1）所示： 热源 利用热辐射最典型的例子莫过于微波炉的发热原理。
我们现在的散热器，其实都有热辐射发生。
散热器在吸收了热量后，都会自动的往周围空气中辐射热，如果没有对流空气的热交换，这种辐射现象比较缓慢。
热辐射的主要规律是斯蒂芬-波尔兹曼（Stefan-Boltzmann ）定律（四次方定律）：或式中E 0和E 为黑体和实际物体的辐射力， T[K]为绝对温度，б0=5.67×图3-1 热辐射微观示意图图4-3 强制对流微观示意图流体流过温度不同的固体壁面时的传热过程称对流换热，对流换热在工程上（如换热器中）最具实际意义。
边界层理论和实践证明，由于流体的粘性作用，在壁面处存在一个具有速度梯度的速度边界层（图4-4），同时存在一个具有温度梯度的热边界层，即使是湍流，总还是存在一个紧贴壁面的层流底层。
层流底层内垂直于壁面方向的传热只能靠导热，而层流底层以外则主要靠热对流，因此，对流换热是集导热和热对流于一体的综合现象。
对于流速不高的高温多原子气体，第五节影响热对流的因素一般地，工程上广为应用的换热和散热设备，其器壁一侧或两侧与不同温度的流体相接触，传热过程主要依靠对流换热，因此掌握对流换热的机理和影响因素，对于换热设备的设计、计算、强化和改进是十分重要的。
对流换热受流体导热和热对流的综合作用，同时受到流体导热和对流规律的支配。
由于流体的粘性作用，贴壁流体流速为零，壁面和流体间的传热只能靠导热，根据付立叶定律：这个热量也就是对流换热量，把上式代入牛顿冷却定律式（1-9）可解出对流换热系数的表达式该式说明，h 与k、⊿t以及贴壁层的温度梯度（）有关，当h和⊿t一定时，h仅取决于，热边界层越薄，越大，换热强度也越大。
而热边界层温度梯度或厚度与流体的流动状况、物性、温度和壁面几何状况等许多因素有关，分述如后。
5.1、流体运动产生的原因自然对流和强制对流由于起因不同因而具有不同的流动和换热规律。
强制对流速度决定于外力所产生的压差、流道阻力和流体性质等，因而换热强度与决定流动状态的雷诺（O.Reynolds）数Re和无因次物性准数普朗特（L.Prandtl）数Pr密切相关，如CPU Cooler、VGA Cooler等散热产品，都是利用风机的动力来加强产品与周围空气的换热效率的，参看产品图片(图5-1)；自然对流速度除与物性有关外，与温差、空间大小、热面方位以及产生体积力的外力场有极大关系，因而换热强度与Pr 及代表浮升力的葛拉晓夫（F.Grashof ）数Gr 有关，如Heatsink 、Thermal Module 等散热产品，都是利用产品自身与周围空气的自然对流来达到散热效果的，参看产品图片(图5-2)。
通常，强制对流换热强度比自然对流要大几倍乃至几十倍。
上述三个无因次准数的定义是：其中，w[m/s]为流速,L[m]为特征尺寸，⊿t[℃]为温差，ρ[kg/m 3]密度，g[m/s 2]为重力加速度，c,[kJ/kg.℃]为比热，β[1/K]为体积膨胀系数，k 为导热系数，μ[Pa.s]为动力粘度，v=μ/ρ[m 2/s]为运动粘度，α[m 2/s]为导温系数。
5.2、流动状态（或Re 及流速）的影响对流传热一般分为层流和湍流两种，它们的传热机理有本质不同。
层流时（图图5-1 CPU Cooler图5-2 Thermal Module对于纵掠平板的强制流动：，x为至计算位置的板长。
当Re x=8×104~5×106时，层流转变为湍流，一般取Re x=5×105作为流动状态的判别值。
边界层厚度δx与R x的关系为：层流时，湍流时，对于管内强制流动：R e=wd/v，d为管子内径。
当Re≤2100~2300时为层流，Re≥104时为湍流，2100~2300<Re<104时呈过渡状态。
边界层的层流底层厚度为：δt=64.2d/Re7/8流速w也与Re有关。
对于一定特征尺寸流道中流动的流体，流速越高，Re 越大，贴壁处的温度梯度也越大，对流换热也越强。
因此，尽管对流换热量是由贴壁流体的导热量决定的，与流体流速还是有很大关系。
基于流动状态对对流换热的影响，我们在设计散热产品时也尽量从两个方面来考虑加大对流换热。
一种是通过加大Re值来变层流为湍流，比如改变对流端截面形状，或者改善板面的粗糙度等；另一种就是加大流体流速，比如变自然对流为强制对流，或者加大强制对流的强度等。
5.3、流体物性的影响影响对流放热的主要物性参数有导热系数、粘度、密度、比热、以及对自然对流影响较大的体积膨胀系数。
结合我们的散热产品，一般只用空气作为工作介质，所以在产品设计时，仅考虑空气的各项物理参数。
1、导热系数的影响对流换热的热阻主要由边界层的导热热阻构成，导热系数k越大的流体传热能力越强。
2、粘度的影响粘度μ大的流体以相同速度流过管道时较粘度小的Re低，因此δ或δt也较厚，换热能力较低。
3、比热和密度的影响ρc p，代表单位体积的热容量，ρc p越大，流体的携热能力越强，取走或带给壁面的热量也越多，对流换热强度就越高。
ρc p在数值上等于流体的比热和密度的乘积。
4、体积膨胀系数的影响在一定的受热条件和几何条件下，β值越大的流体产生的密度差越大，自然对流的换热强度也越大。
5、综合物性参数的影响在分析物性参数影响时，还必须注意它们的联系和制约，某些综合物性还具有特殊的意义，例如，导温系数α、运动粘度ν以及它们的比值Pr。
α=k/ρc p [m2/s]，代表流体导热能力和蓄热能力之比，α大意味着k大或ρc p 小。
k大导热快、降温速度快；ρc p小，流体升温所需的热量少，有更多的剩余热量在法向传播，热边界层将发展得更深。
因而α又称为“分子热扩散系数”，它影响热边界层的厚度和温度分布。
通常，α大的流体，截面温度分布均匀，贴壁处温度梯度减小，不利于对流换热。
ν=μ/ρ[m2/s]，ν大的流体，在流道和流速一定的条件下，比ν小者Re小、流动边界层增厚。