热传学基础

您可信賴的熱傳夥伴

散熱片設計基礎

Date: July 26, 2007

Revision: 0

Prepared: Wilson Peng

您可信賴的熱傳夥伴

課程內容:

1. 傳熱學基礎

2. 有關散熱片的基礎知識

3. 散熱片設計基礎

4. 開發人員基本素質要求

5. 如何獲得所需要的資源

您可信賴的熱傳夥伴

1. 傳熱學基礎

1.1 三種基本的傳熱方式:

傳導—固體內部熱量傳遞/固體之間的接觸傳遞熱量

對流—氣液體之間的熱量傳遞/氣液體流過固體表面的熱量傳遞

對流: 自然對流/強制對流兩種輻射—高溫物體通過輻射發出熱量

您可信賴的熱傳夥伴

練習一: 以下都是哪種傳熱方式?

1.冬天手摸散熱片感覺到涼

2.夏天室內空調降低室內的溫度

3.冬天曬太陽很暖和

4.牽手

5.吹風扇

6.燒開水

您可信賴的熱傳夥伴

1.2 如何衡量傳熱的能力?

傳導: 導熱係數K, 單位: W/(m2·K)

常用金屬材料的K值:

AL 5052: 138, AL6061: 160;

AL 6063: 218, AL1100: 222;

AL1050: 231; C1100: 388;

ADC12: 92; ADC6: 146;

對流: 對流換熱係數α, 單位: W/(m2·K)

您可信賴的熱傳夥伴

2. 散熱片的基本知識

2.1 何為散熱片?散熱器?散熱模組?

散熱片: Heat Sink ---單顆鋁/銅制散熱組件散熱器: Cooler ---散熱片+風扇+零配件(扣具/背膠等等)

散熱模組: Thermal Module --通常是指使用熱管的散熱器

您可信賴的熱傳夥伴

2.2 PC上通常哪幾個部件會用散熱器? CPU: 中央處理器

南北橋: South Bridge Chip / North Bridge Chip 顯卡: Graphic Card

內存: Memory

為什麼這些部件要使用散熱器?

您可信賴的熱傳夥伴

電信產業的主板:

您可信賴的熱傳夥伴

2.3 散熱片的工作原理

散熱片

導熱介質(背膠/導

熱膏等)

發熱晶體(CPU/芯片等)

您可信賴的熱傳夥伴

2

3

1

4

5

5

5

散熱片散熱過程步驟:

1. 從發熱晶體到導熱介質

2. 導熱介質從一端到另一端

3. 熱量從導熱介質到散熱片底部

4. 熱量從散熱片底部到散熱片表面

5. 熱量從散熱片表面到空氣

發熱晶體(CPU/芯片等)

您可信賴的熱傳夥伴

2.4 如何衡量一個散熱片的性能好壞?

散熱片

導熱介質(背膠/導熱膏等)

發熱晶體(CPU/芯片等)

T case

您可信賴的熱傳夥伴

衡量散熱片性能的指標: 熱阻值

R T

case

T

amb Power

R的單位是: ℃/W

Power是晶體的功率(也可以看成發熱量Q)

您可信賴的熱傳夥伴

練習二: 請計算以下三個散熱片的熱阻值,並判斷

哪一個散熱器的性能比較好?

1.晶體表面溫度40℃,環境溫度35 ℃,晶體發熱量

3.0W

2.晶體表面溫度55℃,環境溫度30℃,晶體發熱量

20W

3.晶體表面溫度70℃,環境溫度25 ℃,晶體發熱量

15W

您可信賴的熱傳夥伴

3. 散熱片設計基礎3.1 影響散熱片散熱的因素

2

3

1

4

5

5

5

1) 導熱介質的導熱係數

2) 散熱片與導熱介質的接觸3) 散熱片的導熱係數

4) 散熱片與空氣對流換熱的強度

您可信賴的熱傳夥伴

散熱設計的兩個主要設計內容:

1. 選擇導熱介質

2. 設計散熱器

設計的目的:

盡可能小的R值

您可信賴的熱傳夥伴

散熱量受哪些因素的影響?

高

度

差管道

面積

第三個因素: 流動的順暢度

您可信賴的熱傳夥伴

散熱量Q=FXαX△T

散熱量的三個要素:

驅動力: 散熱片溫度-空氣溫度=△T

散熱面積: S

散熱強度: α(對流換熱係數)散熱片設計: 1) 散熱面積越大越好

2) 換熱強度越大越好

您可信賴的熱傳夥伴

3. 散熱片設計流程

設計輸入審查可行性評估

熱傳模擬

機構設計Pass

樣品制作實機測試發布設計規格

您可信賴的熱傳夥伴

設計輸入審查:

明確客戶的設計要求,確保客戶的設計需求被明確應當包含:

1) 設計的目標: 通常包含熱阻/成本

2) 應用的環境: 系統的佈局/使用的條件/環境的溫度等

3) 外觀/材料等特別要求