電子產(chǎn)品熱設計培訓課程

電子產(chǎn)品熱設計培訓課程2023年2月4日講師：DoveS.H保持安靜,請將手機調(diào)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(nèi)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,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(chǎn)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(jié)構(gòu)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，ＷＫ－導熱系數(shù)，W/(m-K)Ａ－垂直于熱流方向的橫截面面積，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(jīng)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(溫度顏色衰減的非常快;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(zhì)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，WH－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(jīng)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(jīng)過的所有壁面，自然對流則需要考量散熱模組的結(jié)構(gòu)，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5.67x10-8W/(m2-K4)T1

－物體有效輻射表面的溫度,KT2－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(zhì)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(zhì)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

IntelPentiumIV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(chǎn)品的行業(yè)發(fā)展趨勢:

產(chǎn)品結(jié)構(gòu)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(gòu)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)展趨勢行業(yè)內(nèi)散熱模組構(gòu)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(jié)構(gòu)件解決方案模塊隔離解決方案被動散熱已經(jīng)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(nèi)部產(chǎn)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.

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(jié)構(gòu),硬件/軟件調(diào)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(diào)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,TCP,MOSFET,LED等等;熱設計的內(nèi)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(jié)構(gòu),EMC等,做好各設計單位之間的溝通.(成本掌控,進度掌控,品質(zhì)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(nèi)容熱管簡介導熱介質(zhì)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(jié)構(gòu)設計等都密不可分,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。什麼是CFD?~計算流體力學(ComputationalFluidDynamic)有限體積法FiniteVolumeMethod?能量守恆(EnergyBalance)動量守恆(MomentumConservation)

質(zhì)量守恆(MassConservation)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置的風壓分布,改善散熱器的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu),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(diào)整散熱器結(jié)構(gòu)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,縮短開發(fā)周期,節(jié)約開發(fā)經(jīng)費具體作用如下:(1)計算速度快,可以在有限的時間內(nèi)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PK888referencemodelDelta-EFB0512MA-F000(BS)~(50x50x10)under

4500rpmmax.airflow9.262CFMmax.staticpressure0.11183inH2O導熱膠(尺寸形狀)(熱膠熱傳特性)散熱片(尺寸形狀)(鋁材熱傳特性)中央處理器(尺寸形狀)(熱膠熱傳特性)(熱量)主機板(尺寸形狀)(主機板熱傳特性)風扇(特性曲線)熱仿真簡單實例300mm300mm300mm39grids93grids76gridsGridCellsNumber

Total=275,652grids熱仿真簡單實例熱仿真簡單實例

有加上蓋

有加上蓋無上蓋散熱片有剖溝熱仿真簡單實例所得結(jié)果取最佳情況再設計樣品

風扇工作點速度場分佈ProcessorheatdissipationJunctiontemp.q

j-aFanswirlingrate1.1Fanworkingpoint7.32cfmCasedescription76.30C4200rpm33WCoveringShellNocoveringshellWithcrosscutting1.147.32cfm77.620C4200rpm33W0.987.32cfm72.30C4200rpm33W

有加上蓋無上蓋散熱片有剖溝基本分析流程~前處理(PreProcess)

(I)

決定求解空間及問題定義(II)

模型尺寸及零組件尺寸輸入(III)

材料特性輸入(IV)

建立計算所需格點分佈(V)

輸入控制收斂參數(shù)基本分析流程~計算(Solver)

基本分析流程~後處理(