《電子熱設(shè)計(jì)》PPT課件.ppt

電子產(chǎn)品熱設(shè)計(jì)培訓(xùn)課程,2019年7月3日,講師：Dove S.H,保持安靜,請(qǐng)將手機(jī)調(diào)整至關(guān)機(jī)或震動(dòng)狀態(tài) 課程以講課形式,會(huì)留有溝通以及答疑時(shí)間,工作后學(xué)習(xí),學(xué)習(xí)后工作,課件目錄: 一.散熱基本知識(shí) 散熱原理 散熱模組行業(yè)應(yīng)用以及發(fā)展趨勢(shì) 什么是熱設(shè)計(jì) 熱設(shè)計(jì)內(nèi)容 熱設(shè)計(jì)流程 熱仿真簡(jiǎn)介 二.熱設(shè)計(jì)仿真 FLOWTHERM入門課程 FLOWTHERM高級(jí)課程 熱仿真模型應(yīng)用練習(xí) 熱評(píng)估報(bào)告,散熱原理,熱量傳遞有三種基本方式: 導(dǎo)熱,對(duì)流和熱輻射. 導(dǎo)熱 氣體的導(dǎo)熱是由氣體的不規(guī)則運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生碰撞造成的,干空氣的導(dǎo)熱系數(shù)約為0.03W/(m-K);金屬等主要依靠自由電子的運(yùn)動(dòng)完成,就導(dǎo)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(dòng)的傳遞)的作用. 導(dǎo)熱過程熱計(jì)算公式： Q = K A T/L 式中： Q熱流量， 導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m-K) 垂直于熱流方向的橫截面面積，m2 T 代表兩端的溫度差，K（） L 代表兩端的距離差，m,散熱原理,讓我們來看一下圖標(biāo),更加深您的印象!,銅與木材熱傳導(dǎo)后溫度分布,銅材的導(dǎo)熱系數(shù)高,經(jīng)過熱傳導(dǎo)后,溫度在銅材中分布就非常均勻,相反的,木材的導(dǎo)熱系數(shù)偏低,于是相同的傳導(dǎo)距離,木材的溫度分布就明顯的不均勻(溫度顏色衰減的非?？?表示熱量傳導(dǎo)性不良.),散熱原理,對(duì)流,流動(dòng)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(dòng)的原因可以分為自然對(duì)流和強(qiáng)制對(duì)流。就介質(zhì)而言，水的對(duì)流換熱比空氣強(qiáng)烈；有相變化的優(yōu)于沒有相變化的；強(qiáng)制對(duì)流高于自然對(duì)流；一般情況下，空氣的自然對(duì)流在1-10這個(gè)數(shù)量級(jí)，而水的強(qiáng)制對(duì)流換熱系數(shù)則是成千上萬。,對(duì)流換熱的計(jì)算公式： Q = H A T 式中 ： Q 為熱對(duì)流所帶走的熱量，W H 為熱對(duì)流換熱系數(shù)值， W/(m2-K) T 為對(duì)流換熱壁面的溫度與經(jīng)過的流體溫度的溫差， K（） A 為對(duì)流換熱有效面積，m2。對(duì)于強(qiáng)制對(duì)流，可以認(rèn)為是風(fēng)道經(jīng)過的所有壁面，自然對(duì)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(duì)流,強(qiáng)制對(duì)流域自然對(duì)流在機(jī)箱中應(yīng)用狀態(tài),散熱原理,熱輻射,物體輻射換熱量的計(jì)算公式為： Q = A1 （T14-T24） 式中： Q 為輻射換熱量，W 物體的發(fā)射率，習(xí)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 黑體輻射常數(shù)，其值為5.67 x 10-8W/(m2-K4) T1 物體有效輻射表面的溫度,K T2 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,物體表面的熱輻射系數(shù),其值介于01之間,是屬于物體的表面材料特性,這一部分當(dāng)物質(zhì)為金屬且表面拋光如鏡時(shí),熱輻射系數(shù)只有約0.02 0.05而已,而當(dāng)金屬表面一但作處理后(如表面陽(yáng)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(dāng)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,Intel Pentium IV的CPU 在紅外線攝影機(jī)下拍到的熱像就是那樣,金屬帽因?yàn)闊彷椛湎禂?shù)低,相對(duì)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(duì)熱輻射量就大,溫度顏色就高.熱輻射在自然對(duì)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(qiáng)制對(duì)流中,可可以忽略不記.,散熱模組行業(yè)應(yīng)用以及發(fā)展趨勢(shì) 電子產(chǎn)品的行業(yè)發(fā)展趨勢(shì): 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)越來越小,性能要求越來越高,支持多任務(wù)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(gè)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(yīng)用以及發(fā)展趨勢(shì),散熱摸組行業(yè)應(yīng)用,PC標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)散熱模組,LED燈散熱模組,散熱模組行業(yè)應(yīng)用以及發(fā)展趨勢(shì),散熱摸組行業(yè)應(yīng)用,PDP電視機(jī)散熱模組,散熱模組行業(yè)應(yīng)用以及發(fā)展趨勢(shì),散熱摸組行業(yè)應(yīng)用,電源行業(yè)散熱模組,散熱模組行業(yè)應(yīng)用以及發(fā)展趨勢(shì),散熱摸組行業(yè)應(yīng)用,LED燈板散熱模組,散熱模組行業(yè)應(yīng)用以及發(fā)展趨勢(shì),散熱摸組行業(yè)應(yīng)用,機(jī)頂盒散熱模組,散熱模組行業(yè)應(yīng)用以及發(fā)展趨勢(shì),行業(yè)內(nèi)散熱模組構(gòu)建方案趨勢(shì),面對(duì)市場(chǎng)的成本壓力,在散熱模組的設(shè)計(jì)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(dòng)散熱已經(jīng)成為過去,整個(gè)散熱模組的成本或從系統(tǒng)角度去計(jì)算成本才是研發(fā)工程師是需要關(guān)注的.,什么是熱設(shè)計(jì),熱設(shè)計(jì)的基本任務(wù)是: 通過熱設(shè)計(jì)在滿足性能要求的前提下盡可能減少設(shè)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(shè)備在散熱方面的可靠性. 熱設(shè)計(jì)不是只設(shè)計(jì)我們看的到的散熱器,熱設(shè)計(jì)工程師需要全面參與系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(gè)散熱器.或者連散熱器都沒有. 事實(shí)并不一定是真相,很多時(shí)候表象出來是散熱問題,但最終分析出來的確不是熱設(shè)計(jì)的問題.我們可以這樣解釋熱設(shè)計(jì): 熱設(shè)計(jì)方案是協(xié)調(diào)多部門設(shè)計(jì)后的一個(gè)妥協(xié)方案. 現(xiàn)在的熱設(shè)計(jì)主要針對(duì)的散熱目標(biāo)有:CPU,NB,SB,TCP,MOSFET,LED等等;,熱設(shè)計(jì)的內(nèi)容,要做好熱設(shè)計(jì),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(shè)計(jì)單位之間的溝通.(成本掌控,進(jìn)度掌控,品質(zhì)掌控),散熱器工藝介紹 機(jī)械加工 表面處理 焊接組裝,熱設(shè)計(jì)的內(nèi)容,熱管簡(jiǎn)介 導(dǎo)熱介質(zhì) 導(dǎo)熱硅膠片 相變化材料 GREASE 導(dǎo)熱雙面膠帶 PCB的熱設(shè)計(jì) 機(jī)箱機(jī)殼的熱設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介,熱設(shè)計(jì)流程,熱設(shè)計(jì)與邏輯設(shè)計(jì),結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等都密不可分,把熱設(shè)計(jì)放在最后來做散熱處理就不叫熱設(shè)計(jì),那只是散熱補(bǔ)救措施.不利于公司流程,也浪費(fèi)公司資源.,1）首先明確設(shè)計(jì)條件，如設(shè)備的功耗、發(fā)熱量、容許溫升、設(shè)備外 形尺寸、設(shè)備放置的環(huán)境條件等； 2）決定設(shè)備的冷卻方式，并檢查是否滿足原始條件； 3）分別對(duì)元件、線路、印制電路板和機(jī)箱進(jìn)行熱設(shè)計(jì)； 4）按熱設(shè)計(jì)檢查表進(jìn)行檢查，確定是否滿足設(shè)計(jì)要求。,什麼是 CFD ?, 計(jì)算流體力學(xué) (Computational Fluid Dynamic),有限體積法Finite Volume Method ?,能量守恆 (Energy Balance),動(dòng)量守恆 (Momentum Conservation),質(zhì)量守恆 (Mass Conservation),熱仿真簡(jiǎn)介,熱仿真簡(jiǎn)介,CFD是利用主要計(jì)算3個(gè)重要的物理參數(shù): 壓力分佈 檢驗(yàn)散熱模組附近以及熱流通道位置的風(fēng)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(jiǎn)介,(2) 三個(gè)方向速度 檢驗(yàn)X,Y,Z三個(gè)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(chǎng),熱仿真簡(jiǎn)介,(3) 溫度分佈 檢驗(yàn)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(lán)調(diào)整散熱器結(jié)構(gòu)以及其它設(shè)置.,溫度云圖,熱仿真簡(jiǎn)介,壓力云圖,速度場(chǎng),以及溫度場(chǎng)圖可以直觀顯示散熱狀況,幫助工程師在樣品前期進(jìn)行可行性設(shè)計(jì),縮短開發(fā)周期,節(jié)約開發(fā)經(jīng)費(fèi)具體作用如下:,(1) 計(jì)算速度快 , 可以在有限的時(shí)間內(nèi)針對(duì)許多不同的設(shè)計(jì) 分析.,(2) 避免不必要的開模成本.,(3) 看到流體運(yùn)動(dòng)的方式,(4) 設(shè)計(jì)方向正確,PK888 reference model,熱仿真簡(jiǎn)單實(shí)例,熱仿真簡(jiǎn)單實(shí)例,熱仿真簡(jiǎn)單實(shí)例,熱仿真簡(jiǎn)單實(shí)例,所得結(jié)果取最佳情況再設(shè)計(jì)樣品,基本分析流程 前處理 (Pre Process)