最全的热设计基础知识及flotherm热仿真 课件

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热传导
单层平壁导热
kA
(t w1
- t w2 )
( w)
单层圆筒壁导热 多层平壁导热
l2nkr2l(tw1 tw2 )
r1
tw1 twi1
n i
i1 ki Ai
( w)
多层圆筒壁导热
2l
(t - t ) n 1 ln ri1 w1 wi1
i1 ki ri
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热设计的基础概念
设备会持续发热。像这样，热量连续不断流动时，用“每秒 的热能量”来表示会更容易理解。单位为“J/s”。J/s也可用“W” （瓦特）表示。
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热设计的基础概念
100J的能量可使100g水的温度升高约0.24℃。 这并不是通过升高水的温度消耗了100J的能量。而 是在水中作为热能保存了起来。
目相关人员紧密配合，力求提高产品各方面性能 并降低成本
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热设计的基础概念
问题：热的单位是什么？
是℃？
热是能量的形态之一。与动能、电能及位能等一样，也存在 热能。热能的单位用“J”（焦耳）表示。1J能量能在1N力的作用 下使物体移动1m，使1g的水温度升高0.24℃。 1J=1N·m
图2：电子产品故障主要原因
Figure 2: Major Causes of Electronics Failures
故
障
20%振动
55%温度
率
（
10
6%粉尘
万
小
时
） 19%潮湿
(Source : GEC Research)
资料来源：GEC研究院
(Source : US Air Force Avionics Integrity Program)
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热传导
热阻Rja：芯片的热源结（junction）到周围冷却空气（ambient）的总热 阻，乘以其发热量即获得器件温升。
热阻Rjc：芯片的热源结到封装外壳间的热阻，乘以发热量即获得结与壳的温差。
热阻Rjb：芯片的结与PCB板间的热阻，乘以通过单板导热的散热量即获得结 与单板间的温差。
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导热介质-导热脂
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导热介质-导热脂
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导热介质-导热脂
我公司现有导热硅脂
供应商
型号
我司编码
北京美宝
T-50
1040100171
( w)
热传导
接触热阻
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导热介质
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导热介质-导热脂
常由复合型导热固体填料、高温合成油（基础油如 硅油），并加有稳 定剂和改性添加剂调配而成的均 匀膏状物质，常用的导热脂为白色，也 有灰色或金 色的导热脂等颜色。导热颗粒通常采用氧化锌、氧 化铝、氮化硼、 氧化银、银粉、铜粉等。
特点：
1）为最常见的界面导热材料，常采用印刷或点涂方式进行施加。 2)用于散热器和器件之间，散热器采用机械固持，最主要的优点为维修方便, 价格便宜。 3）因可以很好的润湿散热器和器件表面，减小接触热阻，所以其导热热阻很 小， 适合大功率器件的散热。 4）使用时需要印刷或点涂，操作费时，工艺控制要求较高，难度大。
能量既不会凭空消失，也绝不会凭空产生。这 就是最重要“能量守恒定律”。
℃是温度单位。温度是指像能量密度一样的物理量。 它只不过是根据能量的多少表现出来的一种现象。即使能 量相同，如果集中在一个狭窄的空间内，温度就会升高， 而大范围分散时，温度就会降低。
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热设计的基础概念
电子产品接通电源后一段时间内，多半转换的 热能会被用于提高装置自身的温度，而排出的能量仅 为少数。之后，装置温度升高一定程度时，输入的能 量与排除的能量必定一致。否则温度便会无止境上升。
资料来源：美国空军航空电子整体研究项目
发热问题被确认为电子设备结构设计所面临的三大 问题之一…(强度与振动、散热、电磁兼容)
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热设计的基本要求
❖ 满足设备可靠性的要求 ❖ 满足设备预期工作的热环境的要求 ❖ 满足对冷却系统的限制要求
热设计工程师 —— 与EE, ME, Layout等项
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热传导
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热传导
定义热流密度：
q Q W/m2 A
热流密度是指单位时间内通过单位面积的热流量成为热流密度。
对傅立叶定律在一维导热条件下积分，可得：
Q T Rt
由此可得导热热阻计算公式为：
Rt
A
K/W
热量在热流路径上遇到的阻力，反映介质或介质间的传热能力 的大小，表明了 1W热量所引起的温升大小，单位为℃/W或 K/W。用热功耗乘以热阻，即可获得该传热路径上的温升。可 以用一个简单的类比来解释热阻的意义，换热量相当于电流， 温差相当于电压，则热阻相当于电阻。
Baidu Nhomakorabea
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热设计的基础概念
很多人会认为，“热设计是指设计一种可避免发热并能使其 从世界上消失的机构”。
就像前面指出的那样，说是“发热”，但并非凭空突然产生 热能。说是“冷却”，但也并不是热能完全消失。
如下图所示,热设计是指设计一种“将○○ W的能量完全向 外部转移的机构”，其结果是可达到“○○℃以下”。大家首先要 有一个正确的认识！ 。
热设计
精品课件 可修改
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目录
1
热设计的基础概念
2
传导、对流、辐射
3
散热方式的选择
4 自然对流散热和强制对流散热
5
FLOTHERM简介
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电子设备的发展趋势
1. 热耗上升化 2. 设备小巧化 3. 环境多样化
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过热-电子产品故障的首要原因
图1：结点寿命统计
Figure 1 : Junction Life Statistics
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热传导
傅立叶导热定律： Q A T
W
x
A为垂直于热流方向的截面积；λ为材料的导 热系数，单位W/(m·K)，它是表征材料导热能 力优劣的物性参数。
热流量是指单位时间内通过某一给定面积的热量， 单位为W。
导热系数是指在稳定传热条件下，1m厚的材料，两 侧表面的温差为1度（K,°C）,在1秒内，通过1平 方米面积传递的热量，单位为瓦/米·度（W/m·K,此 处的K可用°C代替）。它是表征材料导热能力优劣 的物性参数。在30 °C时，空气的导热系数为 0.027 W/m·°C ，因此可以利用空气夹层来绝热， 通常把导热系数小于0.23 W/m·°C 的材料称为 绝热材料。