风冷式CPU散热器的设计毕业论文.doc

《风冷式CPU散热器的设计毕业论文.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《风冷式CPU散热器的设计毕业论文.doc（46页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、 风冷式CPU散热器的设计摘 要I 伴随着电子工业的快速发展，CPU(Central Processing Unit)呈现出集成的晶体管数目急剧增加（从1990 年的2,300 个激增到现在的230,000,000 个）和芯片线宽急剧减小的趋势，导致CPU 功耗的增大和积聚的热量急剧增加，严重影响CPU 的正常工作。因此，提高CPU 散热片的散热性能已经成为电子制造领域中亟需解决的键问题之一。针对CPU 散热问题，本文在风冷式散热片的散热规律及结构优化两个方面开展了系统深入的研究。 在分析现有各种 CPU 散热片结构特点的基础上，利用ANSYS 的用户界面设计语言UIDL(User-Inter

2、face Design Language)，开发了CPU 散热片热分析软件和用户界面，并实现了与ANSYS 的集成。利用该软件，用户可方便、快捷地分析各种结构参数对CPU 散热片散热性能的影响规律。 散热片的优化过程实际上是一系列的前处理求解后处理优化的循环过程。在满足散热空间约束的前提下，以使散热片中的最高温度值最小化为目标，对散热片结构参数进行优化设计，从而达到提升散热片散热性能的目的。实现的具体过程散热片热分析的基础上定义设计变量和目标函数、选择优化算法，在ANSYS 环境利用APDL(ANSYS Parametric Design Language)语言，开发热分析和优化控制功能程序，

3、然后调用ANSYS 的优化模块实现散热片的结构参数优化。同时给出了一系列的 CPU 散热片热分析和结构参数优化实例，验证了本文提出的热分析和结构参数优化设计方法。最后，对全文进行了总结，并对后续的研究工作提出了一些建议。关键词：散热片优化设计 ，APDL UIDL ，目标函数 Wind-cooled CPU heatsink design ABSTRACT II With the quickly development of electronics industry, the number of transistors integrated in CPU (Central Processing

4、 Unit) grows rapidly (from 2,300 in 1990 to 230,000,000 nowadays), and the line width of chip reduces rapidly. As a result, the power and the heat in CPU grow sharply, which results in that the function of CPU is impacted. Thus, the improvement of cooling performance of heat sinks becomes one of the

5、 key issues in electronic manufacture field. In this thesis, the cooling rules and structure optimization of air cooling system are studied deeply. After the structure characteristics of the existing CPU heat sinks are analyzed, CPU heat sinks analysis software and user interface are developed using

6、 UIDL (User-Interface Design Language) of ANSYS and integrated into ANSYS. By using this program, users can analyze the influence of various parameters to cooling performance of CPU heat sinks conveniently and quickly. The optimization process of heat sinks is a circular process of pre-solution, sol

7、ving and post treatment. On the premise of satisfying the constraint of cooling space, the maximum temperature of heat sinks is minimized. The structure parameters of heat sinks are optimized in order to enhance the cooling performance of heat sinks. The concrete process is as follows: firstly, the

8、design variables and objective function are defined and the optimization algorithms are chosen, secondly, the analysis and optimal control program is developed in ANSYS using ADPL (ANSYS Parametric Design Language), lastly the optimization module of ANSYS is used to implement the structure parametri

9、c optimization of heat sinks. A series of examples of analysis and structure parametric optimization of heat sinks are showed in order to validate the analysis and structure parametric optimization methods proposed in this thesis. Finally, the conclusion of this thesis and the advices for future res

10、earch are given. Key words: Heat Sinks, Optimization Design, APDL, UIDL, Objective Function 目 录摘要 .ABSTRACT .第1章 工艺描述.11.1 前景 .11.2 研究背景和意义 .1 1.3.1散热形式 .1 1.3.2散热片加工工艺.11.4 本文研究内容与章节安排 .1第2章 散热片热分析系统的设计与开发 .3 2.1 风冷式散热技术的原理.32.2 毕业论文（设计说明书）的版面要求 32.2.1 页边距的设置 32.2.2 纸张的设置 32.2.3 版式 32.2.4 文档网格的设置 4

11、2.3 毕业论文（设计说明书）设有页眉及页码 43 毕业论文（设计说明书）打印、排版规范 53.1 中文摘要及关键词 53.2 英文摘要及关键词 53.3 目录 53.4 正文 53.4.1 正文中其他部分说明 63.5 致谢 63.6 参考文献 63.6.1 参考文献的基本要求 63.6.2 各类参考文献条目的编排格式及示例 6 3.7 附录 8致 谢 9参考文献 10附录 11 第一章 工艺描述1.1 前景 电子原件的发热已经成为了制约微电子技术的瓶颈。随着技术的发展，个人计算机CPU的功率越来越高，有的已经超过了100W。考虑到CPU的几何尺寸， CPU单位面积上的发热量十分惊人。因此，

12、CPU的散热也越来越被人们重视。风冷式散热技术是台式计算机中运用最广，也是最为成熟的散热技术。目前绝大多数台式计算机采用肋片散热片与风扇的组合方式实现对CPU的冷却。 1.2 研究背景和意义 电子工业正成为 21 世纪全球第一大产业，电子工业的水平和规模已成为衡量一个国家综合国力的重要标志之一。到2004 年，我国电子信息产业销售收入达到2.65 万亿元，对GDP 增长的贡献率达13.9%。预计到2010 年，全行业销售收入将达到6.5 万亿元，工业增加值为1.4 万亿元，约占全国GDP 的7%。因此，国家在“十 一五”规划中已将电子信息产业作为整个经济发展的重要组织部分。随着电子工业的飞速发

13、展，单以中央处理器CPU 为例，过去数十年的研发才使其频率达到1GHz，而从本世纪初到现在，短短五年多的时间，处理器的最高频率已经突破4GHz 大关，甚至连摩尔定律也曾一度遭到质疑（根据摩尔定律，集成电路的晶体管数量每隔1824 个月将会增加一倍）。晶体管数量的增加大大提升了处理器的执行效率，但随之而来的问题就是功耗及发热量直线上升。如今，主流处理 器的功率已经接近100W，并且在双核心处理器的研发下大有翻倍之势，而显卡也紧随其后，功耗直逼处理器，散热问题更加引人关注。这一点也造就了散热产品市场的蓬勃发展，一时间，“纯铜热管散热器”、“液压轴承风扇”、系统散热、风道建设、“38C 机箱”、“B

14、TX 架构”一系列新名词相继出现1。高集成度 CPU 芯片的可靠性对温度十分敏感，主要失效形式是热失效。研究表明，随着温度的增加，其失效率呈指数增长趋势，即使是降低1C，也将使失效率降低一个可观的量值，这对要求高可靠性的芯片尤为重要。由此可见，芯片散热、冷却问题已成为国际微电子和传热领域的研究热点。确保高热流密度条件下芯片热量能及时排出，是芯片设计必须考虑的一个重要方面，对目前高集成度芯片而言， 已经是首要考虑的问题。若不对其热性能进行深入的研究，并采取相应的措施，将严重影响高集成度芯片的热可靠性。进行有效的热分析、热设计，采用高效热控制技术提高芯片可靠性已成为电子制造业急待解决的关键难题。因

15、而研究怎样更好的把CPU 上产生的热量散发出去已成为电子制造业一个迫切需要解决的问题。为了提高散热性能，散热片和风扇体积越来越大，风扇转速也越来越高，产生 极大的噪声，所以对于散热片散热性能的提高，在实际操作中有很多限制条件。例如，在目前直板式散热片的设计和使用中，面临如下诸多的限制问题： . 翅片高度不超过0.05m； . 散热片所占空间不超过0.0005m3； . CPU 最高温度不超过90C； . 环境温度不超过40C； . CPU 的功率不超过200W； . 散热片质量不超过250g； . 压降不超过38pa； . 风扇风速不大于40cfm； 散热片翅片的形状和外型对散热片散热性能有较

16、大影响，不同形状的散热片工 作时周围气体的流动过程是不同的，越利于空气流动的翅片形状其散热性能越好。散热片形状的发展演化过程经历了简单直板式、复杂直板式、柱状式和太阳花式这几种主要类型，图1-1 列举的几种散热片很好的说明了这个演变过程。从图 1.1 中可以看出，散热片翅片形状的演变经历了简单到复杂的过程，演变后的散热片在散热片面积相同的情况下，翅片周围对气流阻力更小，其散热通道更利用空气流动，从而更多地带走翅片周围的热量，增强对流效果。 图 1.1 CPU 散热片结构发展演变过程1.3 相关技术与研究现状 关于 CPU 的散热问题，国内外开展的研究工作大致包括两个方面：一方面是对CPU 芯片

17、本身微结构的研究，另一方面是对CPU 上安装的散热片的研究。对于 CPU 芯片本身而言，高热流密度芯片及微系统的散热冷却研究一直是非常重要而又活跃的研究领域。由美国国防部高级项目规划署(DARPA-Defense Advanced Research Projects Agency) 资助的HERE31C(Heat Removal by ThermoIntegrated Circuits)项目计划旨在研发可与高密度、高性能的电子或光学器件集成的固态和流态的散热器件。其研究内容主要集中在四个方向：核心技术（包括异质结构热电离子致冷、热电致冷、相变、合成微喷、微流道等研究）；集成与封装；建模与模拟；

18、实证演示。美国联邦政府的其它机构包括海军研究办公室(ONR)、能源部(DOE)以及NSF、NASA、NSA 等也对这一类研究进行了大范围资助，同时半导体工业界在该方向的应用研究上也投入了大量财力，内容包括：设计“冷”的芯片（降低功耗、平均分布热量、减少热点等）、对冷却方法的研究以及对相关冷却技术的风险投资。学术界、工业界对芯片冷却这一主题的广泛研究使得相关的学术活动非常活跃，重要的国际会议包括ITHERM(International Workshop Oil Thermal Investigations of ICs and Systems) 、SEMI-THERM(International

19、 Conference on Thermal, Mechanics and Thermomechanical Phenomena in Electronic Systems) 和THERMINIC(Semiconductor Thermal Measurement and Management Symposium)等。同时，因芯片冷却技术的实用性，在研究的基础上还出现了一批致力于芯片冷却应用技术的公司，如MMR、CoolChips、Cooligy 等。美国很多大学也成立了相应的研究中心，以促进相关技术向应用转化2。在散热片的研究方面，有 C.J.Shih 等人的熵增最小化方法，这种方法是真实系

20、统热力优化的一种方法3。真实系统由于传热、流体流动、传质的热力不完美性产生了熵增。此方法的特点在于计算最小熵增率。通过改变系统的一个或多个物理特性，能使设计在受有限尺寸和有限时间约束的条件下，更接近熵增最小刻划的工作条件。Bejan 和Morega 通过最小化散热片的热阻对其进行优化设计。Minakami 和Iwasaki 通过试验建立散热片形状和压降的关系，说明了随着散热片高度的增加，引起热传导率的增加和压降的减小4。到目前为止，国内外开展的关于提升散热片散热性能方面的研究工作主要集中 在散热形式和散热片的加工工艺上。1.3.1 散热形式1）风冷散热对于风冷散热器而言，热传导与热对流是主要的

21、热量传递方式，热辐射与热对 流和热传导有本质的不同，热辐射能把热量以光的速度穿过真空（空气）从一个物体传给另一个物体（冷热物体不需要直接接触）。在风冷散热器中，为便于分析一般都把辐射换热折算成对流换热，加大对流换热系数来考虑辐射换热因素。热传导是两种温度不同的物体之间，或同一物体但温度不同的两部分之间，因直接接触而引起的热量交换，物体各部分之间不发生相对位移，热传导过程一直进行到接触物体的温度相等为止，具体过程如下5： （1） 热量在 CPU 内的热传导（CPU 放热）； （2） 热量从 CPU 表面传递到散热片底座（底部厚度范围内的热传导）； （3） 热量从散热底座传递到翅片端部（翅片范围内

22、的热传导）； （4） 散热片内的热量通过风扇强制对流散发到空气中（热对流、散热片放热和空气吸热）。2）水冷散热一套典型的水冷散热系统必须具备的部件包括：水冷块、循环液、水泵、管道 和水箱或换热器。水冷块是一个内部留有水道的金属块，由铜或铝制成，与CPU 接触并将吸收CPU 的热量。循环液由水泵的作用在循环的管路中流动，如果液体是水， 就是俗称的水冷系统。吸收了CPU 热量的液体就会从CPU 上的水冷块中流走，而新的低温的循环液将继续吸收CPU 的热量。水管连接水泵、水冷块和水箱，其作用是让循环液在一个密闭的通道中循环流动而不外漏，让液冷散热系统正常工作。水箱用来存储循环液，换热器就是一个类似散

23、热片的装置，循环液将热量传递给具有大表面积的散热片，散热片上的风扇则将流入空气的热量带走。目前，水冷散热器因为成本高，体积大，使用不安全等缺点很少被用户所采用。3）热管散热热管散热器，则主要利用热管内快速导热的材质，达到带走热量的目的，其结 构类似于风冷散热器，只是将热量传导的主要介质换成了热管，同样具有底座和散热片，同样也可以利用风扇加快散热。热管散热器具备散热效果好，整体成本较低的优点，因此也逐渐在中、高端的CPU 散热器中采用6。相对于其它的散热方式而言，风冷散热具有简单实用、价格低廉、无污染等特点，在今后的芯片散热中会继续得到广泛应用。1.3.2散热片加工工艺 散热片材料的选择和加工工

24、艺对散热片的散热性能的影响有很大的关系。材料 的选择上从最开始的铝到铜，发展到现在的铜铝结合，加工工艺也有挤压工艺、折叶工艺、塞铜工艺、回流焊接工艺等。1）挤压工艺CPU 散热器的挤压工艺历史已经非常悠久（第一款CPU 散热器也是采用挤压工艺），发展至今已经有10 年之久。现在一半以上的散热器（包括所有行业的散热器）都是采用挤压工艺制造的，所以挤压工艺相当成熟。而且铝材在加工要求上相对简单，铝材密度相对较低，其单位重量较轻，非常适合制作一些主流的散热器装置，在各种行业上的应用也十分广泛7。挤压工艺的优点在于成型技术比较成熟，成本相对较低。不过，其缺点在CPU 频率不断增大的同时也逐渐暴露出来，

25、因为铝片密度比较低，所以在一些热量过高的场合就需要加大风量和散热面积，这无疑给噪音控制和在有限的散热空间内增大散热面积的技术实现上提出了新的挑战。所以在未来主流的散热器上，挤压工艺的CPU 散热器将成为历史。2）折叶工艺折叶工艺的基本做法是采用金属折叶。这种工艺可以让有效散热面积随着叶片 的增加而增加。与挤压工艺相比，折叶工艺显得比较复杂，很多厂家对金属折叶和底部紧密接触都做得不是很好。折叶工艺中还涉及到一个压固的问题，如果压固技术不成熟的话，那么散热器的性能将无法得到保证，所以折叶工艺一般应用于高端散热器的制造上。3）塞铜工艺塞铜工艺是一种铜铝结合工艺，主要有两种：一种是将铜片嵌入铝制底板中

26、， 常见于用铝挤压工艺制造的散热器中。由于铝制散热器底部的厚度有限，嵌入铜片的体积也受到限制。增加铜片的主要目的是加强散热器的瞬间吸热能力，由于与铝制散热器的接触面积有限，所以大多数情况下，这种铜铝散热器比铝制散热器的散热效果好不了太多，在接触不良的情况下，甚至会妨碍散热。4）回流焊接工艺一般应用于采用铜材料的散热器上，其原理是将一片片薄的铜片制作成鳍片， 并且与底座进行很好的连接，这个原理就是焊接技术。回流焊接就是通过计算机对焊接的温度和时间参数进行精确设定，从而使焊膏和被焊接的金属充分接触。这项技术的应用确保了纯铜散热器的优秀散热性能。现在的CPU散热片制造工艺一直都是消费者在购买CPU散

27、热器时必须考虑的。因为越好的制造工艺将使得CPU 散热器的性能越高，这是无可挑剔的。随着CPU 频率的提升，有不少的制造工艺已经渐渐不被采用。目前国内的散热片多采用挤压技术、折叶技术和回流焊接技术8。CPU 功率的不断增大导致大量热量的产生，其热流密度呈显著增加的趋势。因此，为了提高散热量，散热片和风扇体积越来越大，其风扇转速也越来越高9。例如：Intel 公司为了解决其高端奔腾4 处理器(3.06GHz)的散热问题，专配重达0.6 公斤散热器，这说明即使是引领国际科技发展趋势的Intel 公司，在处理CPU 芯片的散热问题上，除了不断增大其散热器的外形尺寸和重量之外，目前也没有更好的解决方案

28、10,11。1.4 本文研究内容与章节安排 本文所进行的工作首先是用 UIDL 语言开发风冷式散热片专用热分析模块，对散热片进行三维有限元热分析，找出散热片结构参数与散热性能之间的关系，形成一套较完整的散热片热分析系统。其次是在保持散热片工况不变的情况下，在散热片热分析的基础上，开发基于APDL 语言的散热片结构优化软件，对散热片结构参数进行优化设计，达到改善散热片散热性能的目的。本文的主要研究内容包括： 第一章介绍了课题的背景和国内外 CPU 散热片的研究现状，综述散热片的工作特点、加工工艺等。第二章介绍了 UIDL 二次开发语言，提出了在ANSYS 环境中开发专用的风冷式散热片热分析模块的

29、理论和方法，并实现了这些模块与ANSYS 的集成。第三章利用开发的散热片热分析系统，分别对四种散热片（直板式、柱状式、 直肋太阳花式、弯肋太阳花式进行热分析，找出每种散热片散热性能随其结构参数变化的规律。第四章以传统风冷式散热片为对象，通过APDL 语言，建立了散热片的热优化模型，并应用ANSYS 的优化设计模块，在给定特征参数（如散热片底座长、宽） 的基础上，以散热片中温度最高节点的温度值为目标函数，以散热片翅片厚度、柱体直径、底座高度、整体高度等作为优化变量，对散热片结构进行优化设计，达到了提升散热片散热性能的目的。第五章总结全文，并对散热片热分析和优化设计的后续工作进行了展望。 第二章

30、散热片热分析系统的设计与开发2.1 风冷式散热技术的原理 风冷式散热技术是台式计算机中运用最广，也是最为成熟的散热技术。目前绝大多数台式计算机采用肋片散热片与风扇的组合方式实现对CPU的冷却。散热片的核心是同散热片底座紧密接触的，因此芯片表面发出的热量就会通过热传导传到散热片上，再由风扇转动所造成的气流将热量“吹走”，如此循环，便是处理器散热的简单过程。 热源CPU气体流向2.1.1风冷式散热器的传热强化 这种散热形式的总热阻由接触热阻、导热热阻、对流热阻三部分组成： 因而，要想增强CPU散热效果，就要试图减小这三种热阻。 风冷式散热器的传热强化2.2 有限元法的基本过程 ANSYS 软件是通

31、过运用有限元法完成热分析过程的。通常，有限单元法包括如图2.2 所示的三个步骤13； 图 2.2 有限元法的基本过程2.2.1 散热片结构离散化 结构离散化就是把连续的实体分解成一个个离散的单元，而这些单元之间只在 节点处用有限多个节点相连结，用一系列这样相互连接的单元代替原来的连续体。结构的离散化是有限元分的第一步，从数学意义上来说，就是把微分方程的连续形式转化为代数方程，以便于进行数值求解散热片的离散化过程就是用ANSYS 软件对构建的散热片实体模型进行网格划分的过程。2.2.2 散热片单元分析 现在市面上的散热风扇所使用的散热片材料一般都是铝合金，只有极少数是使其他材料。学过物理的人应该

32、都知道铝导热性并不是最好的，从效果来看最好的应该是银接下来是纯铜，紧接着才会是铝。但是前两种材料的价格比较贵，如果用来作散热片本不好控制。使用铝业也有很多优点，比如重量比较轻，可塑性比较好。因此兼顾导热和其他方面使用铝就成为了主要的散热材料。不过我们使用的散热片没有百分之百纯铝品，因为纯铝太过柔软，如果想做成散热片一般都会加入少量的其他金属，成为铝合(得到更好的硬度)。 1）风扇： 单是有了一个好的散热片，而不加风扇，就算表面积再大，也没有用！因为无法同空气进行完全的流通，散热效果肯定会大打折扣。从这个来看，风扇的效果有时甚至比散热片还重要。假如没有好的风扇，则散热片表面积大的特点便无法充分展

33、现出来。挑选风扇的宗旨就是，风扇吹出来的风越强劲越好。风扇吹出来的风力越强，空气流动的速度越快，散热效果同样也就越好。要判断风扇是否够强劲，转速是一个重要的依据。转速越快，风就越强，简单看功率的大小。 2）轴承： 市面上用的轴承一般有两种，滚珠轴承和含油轴承，滚珠轴承比含油轴承好，声音小、寿命长。但是滚珠轴承的设计比较难，其中一个工艺是 预压，是指将滚珠固定到轴承套中的过程，这要求滚珠与轴承套表面结合紧密，没有间隙，以使钢珠磨损度最小。通常在国内厂家轴承制造中，预压前上下轴承套是正对的，因为钢珠尺寸与轴承套尺寸肯定会存在一定误差，所以在预压受力后，滚珠同轴承套之间总有510微米的间隙，就是这个

34、间隙，使得轴承的老化磨损程度大大增加，使用寿命缩短。同样过程，在NSK公司的轴承制造中，预压时上下轴承套的会有一个5微米左右的相对距离，这样轴承套在受压后就会紧紧的卡住滚珠，使其间的间隙减小为零，在风扇工作中，滚珠就不会有跳动，从而使磨损降至最小，保证风扇畅通且长久高速运转。2.3强迫风冷设计 当自然风冷不能解决问题时，需要用强迫空气冷却，即强迫风冷。强迫风冷是利用风机进行鼓风或抽风，提高设备的空气流动速度，达到散热目的。强迫风冷在中大功率的电子设备中应用广泛，因为它具有比自然风冷多几倍的热转移能力。与其他形势强迫风冷比较有结构简单，费用低，维护简便等优点。 整机强迫风冷有两种形式：鼓风冷却和

35、抽风冷却。鼓风冷却特点是风压大，风量集中。适用于单元内热量分布不均匀，风阻较大而元器件较多的情况。当单元内风阻较大，需要单独冷却的元件和热敏元件较多，且各单元间热损相差有较大时，建议用凤管冷却，以便控制各单元风量的需要。当旨在机柜底层具有风阻较大元件，中上层五热敏元件的情况下，建议用无风管形式来降低成本。 抽风冷却特点是风量大，风压小，风量分布比较均匀，在强迫风冷中应用更广泛。他也可分为有管道和无管道两种情况。对无管道的机框抽风，整个机框相当于一个大风管，要求机柜四周密封好，侧壁也不应开空，只允许有进出风口，考虑热空气上升，抽风机常装在机框上部或顶部，出风口面对大气，进风口装在机柜底部，这种无

36、管道风冷方式常用于机柜内各元件冷却表面风阻较小的设备。对于在气流上升部位又热敏元件或不耐热元件则要必须用风管使气流弊开，并沿需要的方向流动，其进风口通常在机框侧面，出风口在机柜顶部。 对某些发热较大的功率管，整流管等器件可以单独风冷或用管道风冷。 由于在强迫风冷时灰尘，油雾，水蒸气和烟等会被气流带进设备而滋生内部污染，以及如何提高制冷效果等，因此，在进行强迫风冷设计时，应遵循以下基本要求； 1.强迫空气的流动方向应于自然对流空气的流动方向尽量一致。 2.在气流通道上，应尽量减小阻力，并避免大型元器件阻塞奇六。要将气流合理分配给给单元和元器件。使所有元器件，部件都能顺利冷却。3.要合理排列元器件

37、，应尽可能把不发热与发热小的和耐热性能低的及热敏的元件排在冷空气的上游（靠近进风口），其余元件尽量按他们的温度高低以递增的顺序排列，对那些发热量大而导热性差的器件必须暴露在冷却空气中，必要时进行单独冷却。 4.在不影响电性能的前提下，将发热量大的元器件集中在一起排列，并与其他元器件热绝缘，这样可以减少风量，风压，而减少风机功率。 5.赠机通风系统的近 出风口应尽量远离，要避免气流短路，且入口空气温度与出口温度之差一般不要超过14度。 6.用于冷却电子设备内部元器件的空气，必须经过过滤，要安装防尘口。 7.在湿热环境下，为避免潮湿空气对元器件直接影响，可采用空芯印制板组装结构。 8.为保证通风系

38、统安全可靠工作，必要时要在冷却系统中社控制保护装置。 9.应尽量减少强迫风冷系统的气流噪声和风机的噪声。 10.通风孔应满足电磁兼容性及安全性要求。 11.在一些大型电子设备中为提高电子线路对电磁干扰的屏蔽能力常将多块印制板在一个用金属板构成的密封小盒内，让元件产生的热量通过盒内的对流，传导，和辐射传给盒壁，再有盒壁传给冷却空气把热量散掉。 12.当机柜或机箱内有多块印制板平行排列时，印制板的间距不宜相差太大，否则，气流将直接从间距大的地方流过，而降低对其印制板的冷却效果。 13.再强迫风冷冷却的设计中，正确选择风机很重要。风机有离心式和轴流式，其中离心式风机特点是风压高，风量集中，风量小；轴

39、流式风机是风压小，风量大。选择风机时要根据空气流量，风压大小，风道的阻力特性，体积，重量和噪声等等进行综合分析。 2.4风路设计方法v 自然冷却的风路设计 设计要点 机柜的后门(面板)不须开通风口。 底部或侧面不能漏风。应保证模块后端与机柜后面门之间有足够的空间。机柜上部的监控及配电不能阻塞风道，应保证上下具有大致相等的空间。对散热器采用直齿的结构,模块放在机柜机架上后,应保证散热器垂直放置,即齿槽应垂直于水平面。对散热器采用斜齿的结构,除每个模块机箱前面板应开通风口外,在机柜的前面板也应开通风口。风路设计方法v 自然冷却的风路设计 设计案例风路设计方法v 自然冷却的风路设计 典型的自然冷机柜

40、风道结构形式风路设计方法v 强迫冷却的风路设计 设计要点 如果发热分布均匀， 元器件的间距应均匀，以使风均匀流过每一个发热源. 如果发热分布不均匀，在发热量大的区域元器件应稀疏排列，而发热量小的区域元器件布局应稍密些，或加导流条，以使风能有效的流到关键发热器件。 如果风扇同时冷却散热器及模块内部的其它发热器件，应在模块内部采用阻流方法，使大部分的风量流入散热器。进风口的结构设计原则：一方面尽量使其对气流的阻力最小，另一方面要考虑防尘，需综合考虑二者的影响。风道的设计原则 风道尽可能短，缩短管道长度可以降低风道阻力； 尽可能采用直的锥形风道，直管加工容易，局部阻力小； 风道的截面尺寸和出口形状，

41、风道的截面尺寸最好和风扇的出口一致，以避免因变换截面而增加阻力损失，截面形状可为园形，也可以是正方形或长方形；风路设计方法v 强迫冷却的风路设计 典型结构风路设计方法v 强迫冷却的风路设计 电源系统典型的风道结构-吹风方式2.5散热器的设计方法v 散热器设计的步骤通常散热器的设计分为三步1:根据相关约束条件设计处轮廓图。2:根据散热器的相关设计准则对散热器齿厚、齿的形状、齿间距、基板厚度进行优化。3:进行校核计算。散热器的设计方法v 自然冷却散热器的设计方法 考虑到自然冷却时温度边界层较厚，如果齿间距太小，两个齿的热边界层易交叉，影响齿表面的对流，所以一般情况下，建议自然冷却的散热器齿间距大于

42、12mm，如果散热器齿高低于10mm，可按齿间距1.2倍齿高来确定散热器的齿间距。 自然冷却散热器表面的换热能力较弱，在散热齿表面增加波纹不会对自然对流效果产生太大的影响，所以建议散热齿表面不加波纹齿。 自然对流的散热器表面一般采用发黑处理，以增大散热表面的辐射系数，强化辐射换热。 由于自然对流达到热平衡的时间较长，所以自然对流散热器的基板及齿厚应足够，以抗击瞬时热负荷的冲击，建议大于5mm以上。散热器的设计方法v 强迫冷却散热器的设计方法 在散热器表面加波纹齿，波纹齿的深度一般应小于0.5mm。 增加散热器的齿片数。目前国际上先进的挤压设备及工艺已能够达到23的高宽比，国内目前高宽比最大只能

43、达到8。对能够提供足够的集中风冷的场合，建议采用低温真空钎焊成型的冷板，其齿间距最小可到2mm。 采用针状齿的设计方式，增加流体的扰动，提高散热齿间的对流换热系数。 当风速大于1m/s(200CFM)时，可完全忽略浮升力对表面换热的影响。 散热器的设计方法v 在一定冷却条件下，所需散热器的体积热阻大小的选取方法v 在一定的冷却体积及流向长度下，确定散热器齿片最佳间距的大小的方法v 不同形状、不同的成型方法的散热器的传热效率比较v 散热器的相似准则数及其应用方法v 机箱的热设计计算 密封机箱 WT=1.86(Ss+4St/3+2Sb/2)t 1.25+4Tm3T 对通风机箱 WT=1.86(Ss+4St/3+2Sb/2)t 1.25+4Tm3T+1000uAT 对强迫通风机箱WT=1.86(Ss+4St/3+2Sb/2)t 1.25+4Tm3T+ 1000QfT 热设计的计算方法v 自然冷却时进风口面积的计算 在机柜的前面板上开各种形式的通风孔或百叶窗，以增加空气对流，