《电子热设计》PPT课件.ppt

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1、电子产品热设计培训课程,2023年7月20日,讲师：Dove S.H,保持安静,请将手机调整至关机或震动状态课程以讲课形式,会留有沟通以及答疑时间,工作后学习,学习后工作,课件目录:一.散热基本知识散热原理散热模组行业应用以及发展趋势什么是热设计热设计内容热设计流程热仿真简介二.热设计仿真FLOWTHERM入门课程FLOWTHERM高级课程热仿真模型应用练习热评估报告,散热原理,热量传递有三种基本方式:导热,对流和热辐射.导热 气体的导热是由气体的不规则运动产生碰撞造成的,干空气的导热系数约为0.03W/(m-K);金属等主要依靠自由电子的运动完成,就导热系数而言,银铜金铝;液体中主要依靠弹性

2、波(晶格结构振动的传递)的作用.导热过程热计算公式：Q=K A T/L式中：Q热流量，导热系数，W/(m-K)垂直于热流方向的横截面面积，m2T 代表两端的温度差，K（）L 代表两端的距离差，m,散热原理,让我们来看一下图标,更加深您的印象!,铜与木材热传导后温度分布,铜材的导热系数高,经过热传导后,温度在铜材中分布就非常均匀,相反的,木材的导热系数偏低,于是相同的传导距离,木材的温度分布就明显的不均匀(温度颜色衰减的非常快;表示热量传导性不良.),散热原理,对流,流动的流体(气体或液体)与固体表面接触,造成流体从固体表面将热带走的热传递方式。根据引起流动的原因可以分为自然对流和强制对流。就介

3、质而言，水的对流换热比空气强烈；有相变化的优于没有相变化的；强制对流高于自然对流；一般情况下，空气的自然对流在1-10这个数量级，而水的强制对流换热系数则是成千上万。,对流换热的计算公式：Q=H A T 式中：Q 为热对流所带走的热量，W H 为热对流换热系数值，W/(m2-K)T 为对流换热壁面的温度与经过的流体温度的温差，K（）A 为对流换热有效面积，m2。对于强制对流，可以认为是风道经过的所有壁面，自然对流则需要考量散热模组的结构，并不是所有散热面积都能有效地起到散热作用。,散热原理,对流,强制对流域自然对流在机箱中应用状态,散热原理,热辐射,物体辐射换热量的计算公式为：Q=A1（T14

4、-T24）式中：Q 为辐射换热量，W 物体的发射率，习惯称呼物体黑度，其值介于（0-1之间）A1 辐射的有效表面积，m2 黑体辐射常数，其值为5.67 x 10-8W/(m2-K4)T1 物体有效辐射表面的温度,K T2 物体所在的空间温度,K,物体通过电磁波来传递热量的方式称为热辐射。热辐射不需要依赖介质传递，任何物体都存在热辐射，物体不断的向空间发出热辐射，也不断的吸收其他物体的热辐射，形成辐射换热。,散热原理,热辐射,物体表面的热辐射系数,其值介于01之间,是属于物体的表面材料特性,这一部分当物质为金属且表面拋光如镜时,热辐射系数只有约0.02 0.05而已,而当金属表面一但作处理后(如

5、表面阳极处理成各种颜色亦或喷漆,则热辐射系数值立刻提升至0.5以上,如下图所示当散热片表面处理成绿色后,热辐射系数值立刻由0.03提升至0.82.,处理前 处理后,散热原理,热辐射,Intel Pentium IV的CPU在红外线摄影机下拍到的热像就是那样,金属帽因为热辐射系数低,相对热辐射量就小,所以颜色温度低,而芯片基板上表面是接近树脂材料所以热辐射系数较高,相对热辐射量就大,温度颜色就高.热辐射在自然对流散热状态下是不可忽略的,约在总散热量的3成,而在强制对流中,可可以忽略不记.,散热模组行业应用以及发展趋势电子产品的行业发展趋势:产品结构越来越小,性能要求越来越高,支持多任务功能,更好

6、便携功能.由此带来更多的系统热量,更大的热流密度.因而散热问题逐渐成为一个重要课题.散热摸组也成为系统不可获缺的重要部分.盒子举例 水渠举例,压铸成型,铝挤成型,FOLDFIN,塞铜工艺成型,散热模组行业应用以及发展趋势,散热摸组行业应用,PC标准架构散热模组,LED灯散热模组,散热模组行业应用以及发展趋势,散热摸组行业应用,PDP电视机散热模组,散热模组行业应用以及发展趋势,散热摸组行业应用,电源行业散热模组,散热模组行业应用以及发展趋势,散热摸组行业应用,LED灯板散热模组,散热模组行业应用以及发展趋势,散热摸组行业应用,机顶盒散热模组,散热模组行业应用以及发展趋势,行业内散热模组构建方案

7、趋势,面对市场的成本压力,在散热模组的设计上出现新的理念:PCB散热解决方案散热结构件解决方案模块隔离解决方案 被动散热已经成为过去,整个散热模组的成本或从系统角度去计算成本才是研发工程师是需要关注的.,什么是热设计,热设计的基本任务是:通过热设计在满足性能要求的前提下尽可能减少设备内部产生的热量；减少热阻；选择合理的冷却方式.保证设备在散热方面的可靠性.热设计不是只设计我们看的到的散热器,热设计工程师需要全面参与系统设计中的,逻辑,器件选型,PCB布局,结构,硬件/软件调试,EMC.但最终我们看到的就只有一个散热器.或者连散热器都没有.事实并不一定是真相,很多时候表象出来是散热问题,但最终分

8、析出来的确不是热设计的问题.我们可以这样解释热设计:热设计方案是协调多部门设计后的一个妥协方案.现在的热设计主要针对的散热目标有:CPU,NB,SB,TCP,MOSFET,LED等等;,热设计的内容,要做好热设计,就要了解散热器制造工艺,还要去熟悉上游的逻辑,PCB布局,结构,EMC等,做好各设计单位之间的沟通.(成本掌控,进度掌控,品质掌控),散热器工艺介绍机械加工 表面处理 焊接组装,热设计的内容,热管简介导热介质导热硅胶片相变化材料GREASE导热双面胶带PCB的热设计机箱机壳的热设计简介,热设计流程,热设计与逻辑设计,结构设计等都密不可分,把热设计放在最后来做散热处理就不叫热设计,那只

9、是散热补救措施.不利于公司流程,也浪费公司资源.,1）首先明确设计条件，如设备的功耗、发热量、容许温升、设备外 形尺寸、设备放置的环境条件等；2）决定设备的冷却方式，并检查是否满足原始条件；3）分别对元件、线路、印制电路板和机箱进行热设计；4）按热设计检查表进行检查，确定是否满足设计要求。,什麼是 CFD?,計算流體力學(Computational Fluid Dynamic),有限體積法Finite Volume Method?,能量守恆(Energy Balance),動量守恆(Momentum Conservation),質量守恆(Mass Conservation),热仿真简介,热仿真

10、简介,CFD是利用主要计算3个重要的物理参数:壓力分佈 检验散热模组附近以及热流通道位置的风压分布,改善散热器的结构以及散热通道布局,从而改善散热状况.,压力云图,热仿真简介,(2)三個方向速度 检验X,Y,Z三个方向速度大小,改善散热器结构,判断热流通道的顺畅与否.,速度场,热仿真简介,(3)溫度分佈 检验所需散热部件的温度,以及散热器的温度是否超出规格,蓝调整散热器结构以及其它设置.,温度云图,热仿真简介,压力云图,速度场,以及温度场图可以直观显示散热状况,帮助工程师在样品前期进行可行性设计,缩短开发周期,节约开发经费具体作用如下:,(1)計算速度快,可以在有限的時間內針對許多不同的設計

11、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,PK888 reference model,热仿真简单实例,热仿真简单实例,热仿真简单实例,热仿真简单实例,所得結果取最佳情況再設計樣品,基本分析流程 前處理(Pre Process),基本分析流程 計算(Solver),基本分析流程 後處理(Post Process),實測驗證部分 紅外線攝影,實測驗證部分 紅外線攝影,實測驗證部分 風洞試驗,實測驗證部分 風洞試驗,實測驗證部分 結構測試,-60 0C 2500C Thermal Cycle,實測驗證部分 環境溫度,溼度 震盪循環測試,Thank you！,