電源元器件散熱問題圖集集結(jié)號
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我有一客戶是生產(chǎn)戶外衛(wèi)星通信產(chǎn)品的,該設(shè)備應(yīng)用環(huán)境較為苛刻,為野外工作無人值守設(shè)備.要求小型化、重量輕、防雨、抗高低溫、耐濕熱、高強(qiáng)度.為確定產(chǎn)品長期穩(wěn)定的使用,避免因散熱風(fēng)扇高熱、高濕環(huán)境無法保證正常工作,出現(xiàn)問題帶來麻煩.該產(chǎn)品的散熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)設(shè)定為傳導(dǎo)散熱. 我畫幾張圖,請大家看看:  該產(chǎn)品的散熱,是通過厚厚鋁鑄外殼.鋁鑄外殼的中間有一塊鋁制導(dǎo)熱板,上下各有一PCB板,貼片的一面朝著鋁制導(dǎo)熱板.首先將PCB板上的各類芯片或功率器件加墊不同厚度的軟性硅膠導(dǎo)熱墊,確保與鋁制導(dǎo)熱板緊緊頂住,將熱量傳導(dǎo)到鋁板上,而后鋁制導(dǎo)熱板插入鋁鑄外殼的內(nèi)槽中,熱量傳導(dǎo)到鋁鑄外殼上. 熱量從:元器件->導(dǎo)熱硅膠片->鋁制導(dǎo)熱板->鋁鑄外殼->外界自然風(fēng)   元器件在PCB板的位置有高有低,要與鋁制導(dǎo)熱板緊密貼緊,軟性硅膠導(dǎo)熱片有不同厚度可選擇的優(yōu)越性就體現(xiàn)出來了!
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@aoqdzkj
[圖片][圖片][圖片][圖片][圖片][圖片][圖片][圖片][圖片][圖片][圖片][圖片][圖片][圖片][圖片]我有一客戶是生產(chǎn)戶外衛(wèi)星通信產(chǎn)品的,該設(shè)備應(yīng)用環(huán)境較為苛刻,為野外工作無人值守設(shè)備.要求小型化、重量輕、防雨、抗高低溫、耐濕熱、高強(qiáng)度.為確定產(chǎn)品長期穩(wěn)定的使用,避免因散熱風(fēng)扇高熱、高濕環(huán)境無法保證正常工作,出現(xiàn)問題帶來麻煩.該產(chǎn)品的散熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)設(shè)定為傳導(dǎo)散熱. 我畫幾張圖,請大家看看: [圖片] 該產(chǎn)品的散熱,是通過厚厚鋁鑄外殼.鋁鑄外殼的中間有一塊鋁制導(dǎo)熱板,上下各有一PCB板,貼片的一面朝著鋁制導(dǎo)熱板.首先將PCB板上的各類芯片或功率器件加墊不同厚度的軟性硅膠導(dǎo)熱墊,確保與鋁制導(dǎo)熱板緊緊頂住,將熱量傳導(dǎo)到鋁板上,而后鋁制導(dǎo)熱板插入鋁鑄外殼的內(nèi)槽中,熱量傳導(dǎo)到鋁鑄外殼上. 熱量從:元器件->導(dǎo)熱硅膠片->鋁制導(dǎo)熱板->鋁鑄外殼->外界自然風(fēng) [圖片] [圖片] 元器件在PCB板的位置有高有低,要與鋁制導(dǎo)熱板緊密貼緊,軟性硅膠導(dǎo)熱片有不同厚度可選擇的優(yōu)越性就體現(xiàn)出來了!
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芯片散熱的熱傳導(dǎo)計(jì)算(圖) 討論了表征熱傳導(dǎo)過程的各個物理量,并且通過實(shí)例,介紹了通過散熱過程的熱傳導(dǎo)計(jì)算來求得芯片實(shí)際工作溫度的方法 隨著微電子技術(shù)的飛速發(fā)展,芯片的尺寸越來越小,同時運(yùn)算速度越來越快,發(fā)熱量也就越來越大,如英特爾處理器3.6G奔騰4終極版運(yùn)行時產(chǎn)生的熱量最大可達(dá)115W,這就對芯片的散熱提出更高的要求.設(shè)計(jì)人員就必須采用先進(jìn)的散熱工藝和性能優(yōu)異的散熱材料來有效的帶走熱量,保證芯片在所能承受的最高溫度以內(nèi)正常工作. 如圖1所示,目前比較常用的一種散熱方式是使用散熱器,用導(dǎo)熱材料和工具將散熱器安裝于芯片上面,從而將芯片產(chǎn)生的熱量迅速排除.本文介紹了根據(jù)散熱器規(guī)格、芯片功率、環(huán)境溫度等數(shù)據(jù),通過熱傳導(dǎo)計(jì)算來求得芯片工作溫度的方法. 
芯片的散熱過程 由于散熱器底面與芯片表面之間會存在很多溝壑或空隙,其中都是空氣.由于空氣是熱的不良導(dǎo)體,所以空氣間隙會嚴(yán)重影響散熱效率,使散熱器的性能大打折扣,甚至無法發(fā)揮作用.為了減小芯片和散熱器之間的空隙,增大接觸面積,必須使用導(dǎo)熱性能好的導(dǎo)熱材料來填充,如導(dǎo)熱膠帶、導(dǎo)熱墊片、導(dǎo)熱硅酯、導(dǎo)熱黏合劑、相轉(zhuǎn)變材料等.如圖2所示,芯片發(fā)出的熱量通過導(dǎo)熱材料傳遞給散熱器,再通過風(fēng)扇的高速轉(zhuǎn)動將絕大部分熱量通過對流(強(qiáng)制對流和自然對流)的方式帶走到周圍的空氣中,強(qiáng)制將熱量排除,這樣就形成了從芯片,然后通過散熱器和導(dǎo)熱材料,到周圍空氣的散熱通路. 表征熱傳導(dǎo)過程的物理量 在圖3的導(dǎo)熱模型中,達(dá)到熱平衡后,熱傳導(dǎo)遵循傅立葉傳熱定律: 
Q=K·A·(T1-T2)/L (1) 式中:Q為傳導(dǎo)熱量(W);K為導(dǎo)熱系數(shù)(W/m℃);A 為傳熱面積(m2);L為導(dǎo)熱長度(m).(T1-T2)為溫度差. 熱阻R表示單位面積、單位厚度的材料阻止熱量流動的能力,表示為: R＝(T1-T2)/Q＝L/K·A (2) 對于單一均質(zhì)材料,材料的熱阻與材料的厚度成正比;對于非單一材料,總的趨勢是材料的熱阻隨材料的厚度增加而增大,但不是純粹的線形關(guān)系. 對于界面材料,用特定裝配條件下的熱阻抗來表征界面材料導(dǎo)熱性能的好壞更合適,熱阻抗定義為其導(dǎo)熱面積與接觸表面間的接觸熱阻的乘積,表示如下: Z＝(T1-T2)/(Q/A)＝R·A (3) 表面平整度、緊固壓力、材料厚度和壓縮模量將對接觸熱阻產(chǎn)生影響,而這些因素又與實(shí)際應(yīng)用條件有關(guān),所以界面材料的熱阻抗也將取決于實(shí)際裝配條件.導(dǎo)熱系數(shù)指物體在單位長度上產(chǎn)生1℃的溫度差時所需要的熱功率,是衡量固體熱傳導(dǎo)效率的固有參數(shù),與材料的外在形態(tài)和熱傳導(dǎo)過程無關(guān),而熱阻和熱阻抗是衡量過程傳熱能力的物理量. 芯片工作溫度的計(jì)算 如圖4的熱傳導(dǎo)過程中,總熱阻R為: R=R1+R2+R3 (4) 式中:R1為芯片的熱阻;R2為導(dǎo)熱材料的熱阻;R3為散熱器的熱阻.導(dǎo)熱材料的熱阻R2為: R2＝Z/A (5) 式中:Z為導(dǎo)熱材料的熱阻抗,A為傳熱面積.芯片的工作溫度T2為: T2＝T1+P×R (6) 式中:T1為空氣溫度;P為芯片的發(fā)熱功率;R為熱傳導(dǎo)過程的總熱阻.芯片的熱阻和功率可以從芯片和散熱器的技術(shù)規(guī)格中獲得,散熱器的熱阻可以從散熱器的技術(shù)規(guī)格中得到,從而可以計(jì)算出芯片的工作溫度T2. 實(shí)例 下面通過一個實(shí)例來計(jì)算芯片的工作溫度.芯片的熱阻為1.75℃/W,功率為5W,最高工作溫度為90℃,散熱器熱阻為1.5℃/W,導(dǎo)熱材料的熱阻抗Z為5.8℃cm2/W,導(dǎo)熱材料的傳熱面積為5cm2,周圍環(huán)境溫度為50℃.導(dǎo)熱材料理論熱阻R4為: R4＝Z/A＝5.8 (℃·cm2/W)/ 5(cm2)=1.16℃/W (7) 由于導(dǎo)熱材料同芯片和散熱器之間不可能達(dá)到100%的結(jié)合,會存在一些空氣間隙,因此導(dǎo)熱材料的實(shí)際熱阻要大于理論熱阻.假定導(dǎo)熱材料同芯片和散熱器之間的結(jié)合面積為總面積的60%,則實(shí)際熱阻R3為: R3＝R4/60%＝1.93℃/W (8) 總熱阻R為: R=R1+R2+R3=5.18℃/W (9) 芯片的工作溫度T2為: T2＝T1+P×R＝50℃+(5W× 5.18℃/W)＝75.9℃ (10) 可見,芯片的實(shí)際工作溫度75.9℃小于芯片的最高工作溫度90℃,處于安全工作狀態(tài). 
如果芯片的實(shí)際工作溫度大于最高工作溫度,那就需要重新選擇散熱性能更好的散熱器,增加散熱面積,或者選擇導(dǎo)熱效果更優(yōu)異的導(dǎo)熱材料,提高整體散熱效果,從而保持芯片的實(shí)際工作溫度在允許范圍以內(nèi)(作者:方科 )
芯片的散熱過程 由于散熱器底面與芯片表面之間會存在很多溝壑或空隙,其中都是空氣.由于空氣是熱的不良導(dǎo)體,所以空氣間隙會嚴(yán)重影響散熱效率,使散熱器的性能大打折扣,甚至無法發(fā)揮作用.為了減小芯片和散熱器之間的空隙,增大接觸面積,必須使用導(dǎo)熱性能好的導(dǎo)熱材料來填充,如導(dǎo)熱膠帶、導(dǎo)熱墊片、導(dǎo)熱硅酯、導(dǎo)熱黏合劑、相轉(zhuǎn)變材料等.如圖2所示,芯片發(fā)出的熱量通過導(dǎo)熱材料傳遞給散熱器,再通過風(fēng)扇的高速轉(zhuǎn)動將絕大部分熱量通過對流(強(qiáng)制對流和自然對流)的方式帶走到周圍的空氣中,強(qiáng)制將熱量排除,這樣就形成了從芯片,然后通過散熱器和導(dǎo)熱材料,到周圍空氣的散熱通路. 表征熱傳導(dǎo)過程的物理量 在圖3的導(dǎo)熱模型中,達(dá)到熱平衡后,熱傳導(dǎo)遵循傅立葉傳熱定律: Q=K·A·(T1-T2)/L (1) 式中:Q為傳導(dǎo)熱量(W);K為導(dǎo)熱系數(shù)(W/m℃);A 為傳熱面積(m2);L為導(dǎo)熱長度(m).(T1-T2)為溫度差. 熱阻R表示單位面積、單位厚度的材料阻止熱量流動的能力,表示為: R＝(T1-T2)/Q＝L/K·A (2) 對于單一均質(zhì)材料,材料的熱阻與材料的厚度成正比;對于非單一材料,總的趨勢是材料的熱阻隨材料的厚度增加而增大,但不是純粹的線形關(guān)系. 對于界面材料,用特定裝配條件下的熱阻抗來表征界面材料導(dǎo)熱性能的好壞更合適,熱阻抗定義為其導(dǎo)熱面積與接觸表面間的接觸熱阻的乘積,表示如下: Z＝(T1-T2)/(Q/A)＝R·A (3) 表面平整度、緊固壓力、材料厚度和壓縮模量將對接觸熱阻產(chǎn)生影響,而這些因素又與實(shí)際應(yīng)用條件有關(guān),所以界面材料的熱阻抗也將取決于實(shí)際裝配條件.導(dǎo)熱系數(shù)指物體在單位長度上產(chǎn)生1℃的溫度差時所需要的熱功率,是衡量固體熱傳導(dǎo)效率的固有參數(shù),與材料的外在形態(tài)和熱傳導(dǎo)過程無關(guān),而熱阻和熱阻抗是衡量過程傳熱能力的物理量. 芯片工作溫度的計(jì)算 如圖4的熱傳導(dǎo)過程中,總熱阻R為: R=R1+R2+R3 (4) 式中:R1為芯片的熱阻;R2為導(dǎo)熱材料的熱阻;R3為散熱器的熱阻.導(dǎo)熱材料的熱阻R2為: R2＝Z/A (5) 式中:Z為導(dǎo)熱材料的熱阻抗,A為傳熱面積.芯片的工作溫度T2為: T2＝T1+P×R (6) 式中:T1為空氣溫度;P為芯片的發(fā)熱功率;R為熱傳導(dǎo)過程的總熱阻.芯片的熱阻和功率可以從芯片和散熱器的技術(shù)規(guī)格中獲得,散熱器的熱阻可以從散熱器的技術(shù)規(guī)格中得到,從而可以計(jì)算出芯片的工作溫度T2. 實(shí)例 下面通過一個實(shí)例來計(jì)算芯片的工作溫度.芯片的熱阻為1.75℃/W,功率為5W,最高工作溫度為90℃,散熱器熱阻為1.5℃/W,導(dǎo)熱材料的熱阻抗Z為5.8℃cm2/W,導(dǎo)熱材料的傳熱面積為5cm2,周圍環(huán)境溫度為50℃.導(dǎo)熱材料理論熱阻R4為: R4＝Z/A＝5.8 (℃·cm2/W)/ 5(cm2)=1.16℃/W (7) 由于導(dǎo)熱材料同芯片和散熱器之間不可能達(dá)到100%的結(jié)合,會存在一些空氣間隙,因此導(dǎo)熱材料的實(shí)際熱阻要大于理論熱阻.假定導(dǎo)熱材料同芯片和散熱器之間的結(jié)合面積為總面積的60%,則實(shí)際熱阻R3為: R3＝R4/60%＝1.93℃/W (8) 總熱阻R為: R=R1+R2+R3=5.18℃/W (9) 芯片的工作溫度T2為: T2＝T1+P×R＝50℃+(5W× 5.18℃/W)＝75.9℃ (10) 可見,芯片的實(shí)際工作溫度75.9℃小于芯片的最高工作溫度90℃,處于安全工作狀態(tài). 如果芯片的實(shí)際工作溫度大于最高工作溫度,那就需要重新選擇散熱性能更好的散熱器,增加散熱面積,或者選擇導(dǎo)熱效果更優(yōu)異的導(dǎo)熱材料,提高整體散熱效果,從而保持芯片的實(shí)際工作溫度在允許范圍以內(nèi)(作者:方科 ) 0
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軟性硅膠導(dǎo)熱墊的作用是很廣泛的,因?yàn)橥瑫r具有良好的導(dǎo)熱與絕緣的雙重特性． 電子產(chǎn)品的熱量源自一些功率器件: 
那么我們要把熱量導(dǎo)熱散熱片去: 
在裝在線路板上后,如果是配置的是內(nèi)置電源,客戶不希望有風(fēng)扇的噪音,就要選擇靜音設(shè)計(jì). 
在散熱片、電感等功率件上,可以直接加墊厚度合適的導(dǎo)熱硅膠片,導(dǎo)熱硅膠片柔軟、彈性好,絕緣,直接頂?shù)诫娫吹慕饘偻鈿ど?把熱量由內(nèi)導(dǎo)到外殼! 
還沒有完,下一步,我們是要把熱量再傳遞到電子產(chǎn)品的外殼上去: 
哈哈,散熱是不是可以那么簡單,一貼就好!
那么我們要把熱量導(dǎo)熱散熱片去: 在裝在線路板上后,如果是配置的是內(nèi)置電源,客戶不希望有風(fēng)扇的噪音,就要選擇靜音設(shè)計(jì). 在散熱片、電感等功率件上,可以直接加墊厚度合適的導(dǎo)熱硅膠片,導(dǎo)熱硅膠片柔軟、彈性好,絕緣,直接頂?shù)诫娫吹慕饘偻鈿ど?把熱量由內(nèi)導(dǎo)到外殼! 還沒有完,下一步,我們是要把熱量再傳遞到電子產(chǎn)品的外殼上去: 哈哈,散熱是不是可以那么簡單,一貼就好! 0
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[圖片][圖片][圖片][圖片][圖片][圖片][圖片][圖片][圖片][圖片][圖片][圖片][圖片][圖片][圖片]我有一客戶是生產(chǎn)戶外衛(wèi)星通信產(chǎn)品的,該設(shè)備應(yīng)用環(huán)境較為苛刻,為野外工作無人值守設(shè)備.要求小型化、重量輕、防雨、抗高低溫、耐濕熱、高強(qiáng)度.為確定產(chǎn)品長期穩(wěn)定的使用,避免因散熱風(fēng)扇高熱、高濕環(huán)境無法保證正常工作,出現(xiàn)問題帶來麻煩.該產(chǎn)品的散熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)設(shè)定為傳導(dǎo)散熱. 我畫幾張圖,請大家看看: [圖片] 該產(chǎn)品的散熱,是通過厚厚鋁鑄外殼.鋁鑄外殼的中間有一塊鋁制導(dǎo)熱板,上下各有一PCB板,貼片的一面朝著鋁制導(dǎo)熱板.首先將PCB板上的各類芯片或功率器件加墊不同厚度的軟性硅膠導(dǎo)熱墊,確保與鋁制導(dǎo)熱板緊緊頂住,將熱量傳導(dǎo)到鋁板上,而后鋁制導(dǎo)熱板插入鋁鑄外殼的內(nèi)槽中,熱量傳導(dǎo)到鋁鑄外殼上. 熱量從:元器件->導(dǎo)熱硅膠片->鋁制導(dǎo)熱板->鋁鑄外殼->外界自然風(fēng) [圖片] [圖片] 元器件在PCB板的位置有高有低,要與鋁制導(dǎo)熱板緊密貼緊,軟性硅膠導(dǎo)熱片有不同厚度可選擇的優(yōu)越性就體現(xiàn)出來了!
軟性硅膠導(dǎo)熱片的應(yīng)用,關(guān)于其柔軟、彈性好的作用,還可以給大家舉些例子:  上圖是打印機(jī)的一個馬達(dá),在高速運(yùn)轉(zhuǎn)幾個小時,溫度可達(dá)到130度,使與之相連的打印的塑料齒輪烤軟,嚴(yán)重影響打印機(jī)的正常使用,需要做散熱降溫處理. 如圖示意:  把軟性硅膠導(dǎo)熱片撲在馬達(dá)上,再將半圓形的特制散熱片加蓋在軟性硅膠導(dǎo)熱片上,散熱器則再與打印機(jī)的金屬支架連接,散量被分散,從而達(dá)到了有效的散熱目的,馬達(dá)溫度降到50度以下,保證了產(chǎn)品的高效正常使用. 在一個功率帶一個散熱片時,我們很多時候是用導(dǎo)熱矽膠布、再涂上一些導(dǎo)熱硅脂起到導(dǎo)熱、絕緣、填充的作用.  因?yàn)橛新萁z緊固,有一定的壓力,還是能達(dá)到比較好的導(dǎo)熱效果. 但在幾個功率管共用一個散熱片時,所受的力不均,有可能翹起一些,某功率管的面與散熱片的平面間就不能有效接觸,不能很好導(dǎo)熱,看上去很美,有那么大一塊散熱片,但肯定達(dá)不到有效的散熱,影響整個產(chǎn)品性能,得不償失. 如下圖: 與PCB板下方與散熱片接觸的三個功率器件,使用軟性硅膠導(dǎo)熱片,富有彈性,可以自然填充間隙,導(dǎo)熱效果更好,每個功率管的熱量都可以有效傳遞到散熱片上. 
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軟性導(dǎo)熱硅膠絕緣墊是傳熱界面材料中的一種,是片狀材料,可根據(jù)發(fā)熱功率器件的大小及形狀任意裁切,具有良好的導(dǎo)熱能力和絕緣特性,其作用就是填充發(fā)熱功率器件與散熱器之間間隙,是替代導(dǎo)熱硅脂導(dǎo)熱膏加云母片(絕緣材料)的二元散熱系統(tǒng)的理想產(chǎn)品.該產(chǎn)品的導(dǎo)熱系數(shù)是2.45W/mK,而空氣的導(dǎo)熱系數(shù)僅有0.03w/mk;抗電壓擊穿值在3000伏以上,在大部分電子設(shè)備中有絕緣要求都可以使用.工藝厚度0.5mm~12mm不等,每0.5mm一加,即0.5mm 1mm 1.5mm 2mm一直到12mm,厚度的可選擇性,是其他導(dǎo)熱材料所不能的.從檢測及UL公司相關(guān)安規(guī)商業(yè)檢測..工作溫度一般在-50℃~220℃,因此,是非常好的工業(yè)制品導(dǎo)熱材料 .又其特別柔軟,使用非常方便,撕開保護(hù)膜,平整光滑,富有彈性,一貼即可.完成發(fā)熱部位與散熱部位的熱傳遞,增加導(dǎo)熱面積,同時還起到減震 絕緣 密封等作用,能夠滿足社設(shè)備小型化 超薄化的無風(fēng)扇設(shè)計(jì)要求,是極具工藝性和使用性的新材料
免費(fèi)提供軟性硅膠片樣品測試：aoqzsc@163.com 一貼即可！
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