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标题: 如何选择散热片 [打印本页]

作者: 123 时间: 2011-3-7 23:45
标题: 如何选择散热片
习惯了，还是翻译成散热片,这个是AVVID公司的高级工程师写的文章，初学者很有用
有些地方翻译的有些问题...倒数第二个表格...才疏学浅啦....
如何选择散热片.pdf (209.39 KB)

如何选择散热片

本文来源 Electronics Cooling Magazine Vol.1, No.1，翻译 lelele

如何选择散热片
随着科技的发展，微电子元件耗散功率的越来越大而封装尺寸越来越小。因此，热管理在电子产品设计中变得越来越重要。
电子设备的可靠性和设计寿命都与工作温度成反比，从典型的硅半导体装置的可靠性与工作温度来看，降低工作温度将使器件的可靠性和设计寿命成指数增加。因此有效地控制设备的工作温度在限定内是其长时间稳定运行的保证。
散热片是强化从热端到冷端的热量传递的器件。通常，热端是产生热量的器件顶部，而冷端则是作为散热介质的环境中的空气。下面的讨论中假设空气为冷却介质。在大多数情况下，热量从固体表面传递到空气时是整个传热系统中效率最低的环节，固体-气体接触面也是热阻最大的地方。散热片通过增加与冷却介质的接触面积降低了固汽接触面的热阻，这使得同样的温升下设备可以传递出更多的热量或者是降低设备的工作温度。使用散热片的主要目的就是使得设备的工作温度低于制造商所制定的指标。
热力循环（直译就是这个标题，而实际上就是我们常说的热阻网络法，或是热网络法/电网络法，以下称之为热阻网络法）
在讨论如何选择散热片之前，为了不熟悉导热的读者能快更明白讨论的主题，先对下文中讨论所涉及到的术语和建立热阻网络的方法做些解释。符号和术语的定义如下：
Q:总功率或者产生热量的速度（应该翻译为耗散功率），单位W，表示电子元件在工作中所产生热量的速度。
为了选择合适的散热片，通常使用耗散功率的最大值。
Tj:结温（通常这个应该指的是结温，而原文中的叙述是设备稳定工作的最大结温），单位°C。许用的最大结温值从最低常见微电子元件的115°C 到最高某些特殊温控装置的180°C。在军事和某些特殊场合，很少使用工作温度为65°C 到80°C 的元件。（原文没有说明是工作温度，为了不引起混淆，特修正的翻译）。
Tc:器件的壳温，单位°C。由于壳温和在封装外壳上选择的测试点相关（电子元件封装表面的温度并不均一），这里通常指的是封装外壳上的温度最高点。
Ts:散热片的温度，单位°C。这里指的是散热片靠近器件(封装外壳表面)的温度最高点。
Ta:环境温度，单位°C。
通过温差（原文是温度）和传递热量的速度（原文是耗散热量的速度）的关系，在某一热结构的两个位置之间传递热量的效率能够使用热阻R 进行定量的表示，热阻R 的定义如下：
R = ΔT/Q
其中ΔT 是两个位置之间的温差。热阻的单位是°C/W,表示了传递单位速率热量时的温差。热阻的定义有些类似欧姆定律Re = ΔV/I 所定义的电阻Re。
其中ΔV 是电位差，I 是电流。
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Figure 1: 热阻网络
以一个简单的例子进行说明。如图1，散热片安装在一个器件的上方。通过热阻网络的方法，可以在图1 的右方画出系统的热阻网络。在这个简单的热阻网络模型中，热量连续的从器件的晶结到达壳体，然后通过和散热片的接触面到达散热片上，最终被通过散热片的气流所带走。
其间的晶结到壳体间的热阻定义如下：
Rjc = (ΔTjc)/Q = (Tj - Tc)/Q
这个热阻值通常由期间制造上所提供。尽管给定器件的Rjc 值还依赖于冷却的方式和冷却装置安装的位置。但是，通常Rjc 是一个给出的定值，并且一般认为用户无法去改变的Rjc 的值。
同样的，壳体-散热片/散热片-环境的热阻值分别定义如下：
Rcs = (ΔTcs)/Q = (Tc - Ts)/Q
Rsa = (ΔTsa)/Q = (Ts - Ta)/Q
其中，Rcs 表示了通过壳体到散热片之间接触面的热阻，通常叫做接触热阻（这里似乎忽略了散热片内部的热阻），而通过减少接触面的粗糙度或是使用适当的界面材料可以减少接触热阻。Rsa 则是散热片到空气的热阻。
可以看出，从器件的晶结到环境的总热阻是以上三个热阻之和，如下：
Rja = Rjc + Rcs + Rsa = (Tj - Ta)/Q
所需散热片的热阻
选择散热片的第一步就是决定所需散热片的热阻，以保证所冷却器件工作在允许的温度内。上面的热阻求和的方程可以写成下式的形式，从而得到所需的散热片热阻。
Rsa = ((Ts - Ta)/Q) - Rjc - Rcs
上式中的Tj, Q 和 Rjc 都是器件制造商所提供, 而 Ta 和Rcs 则是用户自定义的参数。
用于冷却电子设备的环境空气温度Ta 依赖于工作环境和所设定的最高工作环境温度。通常,如果使用外部空气冷却的的话, Ta 的范围是从35 到45°C;如果设备是封闭的或者是放置在其它热源的附近,则Ta 的范围是从50到60°C.
接触热阻Rcs 取值依赖于接触面对的光洁度,平面度,接触面上的压力,接触面积以及所使用的界面材料的种类和厚度. 但是,即使给定了界面材料的种类和厚度, 接触热阻的精确值却仍然很难确定. 这是由于接触热阻还随着安装压力和其他一些参数变化. 不过可以从界面材料的制造商和散热片的制造商处得到相对可靠的热阻参数.
常用的(这里指的是Avvid 的产品)界面材料的热阻值如下表1.
材料热导率W/in °C
厚度inches热阻in2 °C/W

作者: Magic 时间: 2011-3-7 23:45

这篇应该算是原创翻译吧

作者: Nidec 时间: 2011-3-7 23:45

我没有拿这书哦！！大家要到上图借书的话，事先可以到它们网站查一下！免得白跑一趟^_^

作者: airthink 时间: 2011-3-7 23:45

我建议大家选几本，集资扫描一下做成电子版吧。

作者: cliffcrag 时间: 2011-3-7 23:45
标题: 散熱片之設計與在電子冷卻技術中之應用
有一篇有點像的文章
不知道有沒有大大發過.....

散熱片之設計與在電子冷卻技術中之應用

作者: ANSYS 时间: 2011-3-7 23:45

看了才发现这个版上已经有了, 不过还是要谢谢chuaandy

作者: flotherm 时间: 2011-3-7 23:45

可能还是担心版权的问题

作者: 123eb 时间: 2019-12-30 09:47

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