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電子設(shè)備熱控制技術(shù) 2007年8月北京 電子設(shè)備熱控制 設(shè)計 技術(shù) 熱設(shè)計理論基礎(chǔ) 熱設(shè)計基本原理 液體冷卻 強迫風(fēng)冷 自然冷卻 蒸發(fā)冷卻 熱電致冷 熱管傳熱 熱測試技術(shù)低熱阻及高效熱控制技術(shù) 電子設(shè)備熱 控制 設(shè)計參考資料 1 電子設(shè)備熱控制與分析 2 電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計原理 5 GJB Z27電子設(shè)備可靠性熱設(shè)計 4 微電子設(shè)備的換熱 3 電子設(shè)備冷卻技術(shù) 6 ThermalcomputationofElectronicEquipment 7 電子機器的熱對策 日文 熱設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)介紹 國家標(biāo)準(zhǔn) GB7423 GB T12992 GB T14278 GB T15428 國家軍用標(biāo)準(zhǔn) GJB Z27 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) SJ2709 SJ3230 SJ T10158 QJ1474 行業(yè)軍用標(biāo)準(zhǔn)美國熱設(shè)計標(biāo)準(zhǔn) MIL HDBK 251 TR 82 172 MIL T 23103A 芯片與器件的熱流密度增長趨勢 電子設(shè)備熱設(shè)計目的 為芯片級 元件級 組件級及系統(tǒng)級提供良好的熱環(huán)境 保證芯片級 元件級 組件級及系統(tǒng)級的熱可靠性 防止電子元器件的熱失效 電子設(shè)備熱環(huán)境 環(huán)境溫度和壓力 或高度 的極限值及變化率 太陽或周圍物體的輻射值 地面設(shè)備 周圍空氣溫度 濕度 氣壓 空氣流速 周圍物體形狀和黑度 日光照射 冷卻劑種類 可利用的熱沉 機載設(shè)備 飛行高度 飛行速度 安裝位置 有無空調(diào)艙 周圍空氣溫度 速度等 艙船設(shè)備 周圍空氣溫度 濕度 有無淡水 艙室溫度 日照情況等 熱控制 設(shè)計 基本要求 滿足可靠性要求 基本失效率 溫度T 和電應(yīng)力比s GJB Z299 滿足熱環(huán)境的要求 與維修性設(shè)計相結(jié)合 易維修 與電路設(shè)計同時進行 滿足對冷卻系統(tǒng)的限制要求 根據(jù) 經(jīng)濟性 安全性等 選擇冷卻方法 尺寸 重量 冷卻所需功 熱控制 設(shè)計 基本原則 保證良好的冷卻功能 可用性與微氣候 保證可靠性 良好的經(jīng)濟性 性價比 良好的維修性 有良好的適應(yīng)性 相容性 冷卻方法選擇 1 冷卻方法選擇 2 電子設(shè)備熱控制 設(shè)計 理論基礎(chǔ) 傳熱學(xué) 傳熱計算 計算傳熱學(xué) 流體力學(xué) 阻力計算 輻射 對流 導(dǎo)熱 導(dǎo)熱 單層平壁導(dǎo)熱 導(dǎo)熱基本定律 溫度場 導(dǎo)熱熱阻 多層平壁導(dǎo)熱 單層圓筒壁導(dǎo)熱 多層圓筒壁導(dǎo)熱 接觸熱阻的影響因素 接觸表面接觸點的數(shù)量 形狀 大小及分布規(guī)律 接觸表面的幾何形狀 波紋度和粗糙度 接觸表面的硬度 間隙中介質(zhì)種類 真空 液體 氣體等 非接觸間隙的平均厚度 接觸表面的壓力大小 接觸表面的氧化程度和清潔度 接觸材料的導(dǎo)熱系數(shù) 減小接觸熱阻的方法 加一薄紫銅片或延展好的高導(dǎo)熱系數(shù)材料 加低熔點合金 銦合金 提高界面間的接觸壓力 在接觸表面涂一薄層導(dǎo)熱脂 膏 導(dǎo)熱膏 脂 膠 1 SZ 中溫 高效導(dǎo)熱脂導(dǎo)熱系數(shù) k 0 467w m c2 GWC型導(dǎo)熱膠導(dǎo)熱系數(shù) k 0 5w m c3 GB 51導(dǎo)熱脂導(dǎo)熱系數(shù) k 0 7w m c4 L 11導(dǎo)熱絕緣膠導(dǎo)熱系數(shù) k 1 1635w m c 接觸熱阻與表面粗糙度接觸壓力的關(guān)系 對流換熱影響因素 流體流動發(fā)生的原因 自然對流與強迫對流 流體流動的狀態(tài) 層流與紊亂流 換熱面的幾何形狀和位置 平板 圓管 肋面與橫放 豎放 水平或垂直等 流體的物理性質(zhì) 導(dǎo)熱系數(shù) 比熱 密度 黏度等 對流換熱系數(shù) 對流換熱計算 準(zhǔn)則數(shù)名稱物理意義 定性溫度 特征尺寸 準(zhǔn)則方程 自然對流換熱計算 管內(nèi)流動 定性溫度 流體平均溫度 特征尺寸 管子內(nèi)徑或當(dāng)量直徑 紊流 準(zhǔn)則方程 層流 準(zhǔn)則方程 注 上述公式或適用于直管 長管 否則要乘相應(yīng)修正系數(shù) 強迫對流換熱 定性溫度 特征尺寸 流體流動方向板或柱體的長度L 紊流 準(zhǔn)則方程 層流 準(zhǔn)則方程 強迫對流換熱計算 沿平板流動 或沿柱體軸線流動 輻射換熱的基本概念 吸收率 反射率 穿透率 輻射換熱的基本定律 普朗克定律 四次方定律 基爾霍夫定律 實際物體的輻射和吸收 黑體的輻射 角系數(shù) 交叉線法 有效輻射 平行平板間的輻射換熱 輻射換熱計算 黑度 主要取決于物體表面狀態(tài) 熱阻網(wǎng)絡(luò)計算法 兩個表面以上的輻射計算 表面熱阻 空間熱阻 兩表面間 傳熱計算 圓筒壁 肋壁傳熱 肋效率 熱阻 輻射熱阻 對流熱阻 導(dǎo)熱熱阻 接觸傳熱 自然冷卻設(shè)計原則 1 提高設(shè)備內(nèi)部電子元件向機殼的傳熱能力 2 提高機殼向外界的傳熱能力 3 盡量降低傳熱路徑各個環(huán)節(jié)的熱阻 形成一條低熱阻熱流通路 電子設(shè)備自然冷卻設(shè)計技術(shù) 自然冷卻設(shè)備的結(jié)構(gòu)因素 機殼熱設(shè)計 機殼通風(fēng)孔面積 機殼表面處理 機殼熱設(shè)計 電子設(shè)備的機殼是接受內(nèi)部熱量 并將其散發(fā)到周圍環(huán)境中去的一個重要組成部分 機殼的熱設(shè)計在采用自然冷卻和一些密封式的電子設(shè)備中顯得格外重要 為了說明機殼結(jié)構(gòu)對電子設(shè)備溫度的影響 可以通過圖3所示的實驗裝置加以說明 其中熱源為80W 位于實驗裝置的中心位置 機殼用各種不同結(jié)構(gòu)形式的鋁板制成 可進行任意組合 以便滿足不同結(jié)構(gòu)形式的需要 實驗裝置尺寸為404 304 324mm 1 增加機殼內(nèi)外表面的黑度 開通風(fēng)孔等 都能降低電子元器件的溫度 2 比較試驗2和試驗6 機殼內(nèi)外表面高黑度的散熱效果比低黑度開通風(fēng)孔的散熱效果好 以試驗1為為基準(zhǔn) 內(nèi)外表面高黑度時 內(nèi)部平均溫度降低約20 而低黑度有通風(fēng)孔時 溫度只降低8 左右 3 機殼兩側(cè)均為高黑度的散熱效果優(yōu)于只是一側(cè)高黑度時的散熱效果 提高外表面的黑度是降低機殼表面溫度的有效方法 4 在機殼內(nèi)外表面增加黑度的基礎(chǔ)上 合理地改進通風(fēng)結(jié)構(gòu) 加強冷卻空氣的對流 可以明顯地降低設(shè)備內(nèi)部的溫度 開通風(fēng)孔的基本原則 通風(fēng)孔要有利于氣流形成有效的自然對流通道通風(fēng)孔盡量對準(zhǔn)發(fā)熱元器件進風(fēng)孔與出風(fēng)孔要遠(yuǎn)離 防止氣流短路 開在溫差較大的相應(yīng)位置 進風(fēng)孔盡量低 出風(fēng)孔則盡量高進風(fēng)孔要注意防塵和電磁泄漏 熱屏蔽 盡可能將熱通路直接連接到熱沉減少高溫與低溫元器件之間的輻射耦合 加熱屏蔽板 形成熱區(qū)和冷區(qū)盡量降低空氣的溫度梯度將高溫元器件安裝在內(nèi)表面高黑度 外表面低黑度的機殼中 PCB自然冷卻熱設(shè)計 印制線 導(dǎo)體 尺寸的確定 PCB上元器件熱安裝技術(shù) 盡量利用DIP的引線導(dǎo)熱 粘接技術(shù) 采用散熱PCB 導(dǎo)熱條 導(dǎo)熱板 夾芯板 冷熱分區(qū)排列 元件排列方向有利于氣流流動與冷卻 阻力 減小元件熱應(yīng)變的安裝技術(shù) 導(dǎo)軌熱設(shè)計 印制導(dǎo)體尺寸與電流 溫升的關(guān)系 a 金屬夾芯印制板 b 普通印制板 PCB溫度分布 消除熱應(yīng)力的元件安裝方法 a c b 導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)形式 30 5km 0 15 2km 條件 B A D 各種導(dǎo)軌的熱阻值 mm W C 267 203 203 153 46 48 305 394 a b c d PCB熱計算 均勻熱負(fù)荷導(dǎo)熱條熱計算 普通PCB熱計算 1 2 3 4 半導(dǎo)體用散熱器熱計算 集成電路的熱分析 離散熱源產(chǎn)生的收縮效應(yīng) 1 無限大的導(dǎo)熱介質(zhì)上的圓熱源 3 長窄條熱源在有限導(dǎo)熱介質(zhì)上 2 有限大的導(dǎo)熱介質(zhì)上的圓熱源 4 短而窄熱源在有限導(dǎo)熱介質(zhì)上 a d c b A 圓形熱源的收縮效應(yīng) B 窄條熱源的收縮效應(yīng) r1 熱源半徑 r2 圓柱半徑 長窄條熱源 收縮效應(yīng) 有限大圓形導(dǎo)熱介質(zhì) 無限大圓形導(dǎo)熱介質(zhì) 短窄條熱源 其中 2a 熱源寬度 2b 窄條寬度 l 窄條長度2d 窄條熱源長度 2c 短條長度 典型微電路組裝圖 a b 芯片結(jié)到外殼的傳熱 電子設(shè)備強迫空氣冷卻 單個元件風(fēng)冷 整機鼓風(fēng)冷卻 整機抽風(fēng)冷卻 整機抽風(fēng)冷卻 有風(fēng)道與無風(fēng)道兩種適用于熱量比較分散的整機抽風(fēng)冷卻特點 風(fēng)量大 風(fēng)壓小 各部分風(fēng)量比較均勻風(fēng)機位置一般安裝在機柜的頂部或上側(cè)面 整機鼓風(fēng)冷卻 有鼓風(fēng)管道與無鼓風(fēng)管道兩種適用于整機內(nèi)熱量分布不均勻 熱量集中 阻力大的整機鼓風(fēng)的特點 風(fēng)壓大 風(fēng)量比較集中風(fēng)機的位置在機箱的下側(cè)部或低部 大機柜中屏蔽盒的通風(fēng)冷卻 熱計算 空芯PCB風(fēng)冷 用速度頭表示電子機箱的壓降 與速度的關(guān)系為 沒有空氣流動的增壓電子機箱 鼓風(fēng)通過電子機箱時的壓頭特性 電子機箱抽風(fēng)時的壓頭特性 PCB組件風(fēng)冷 PCB之間間隙形成的冷卻通道 各個部件的壓頭 a 伸出管道 不良進口 b 傾斜邊緣 良好進口 輕型葉翼軸式風(fēng)扇的空氣流通橫截面 類似于RotronAximax2 各種形狀進口的損失 大型機柜的抽風(fēng)流動 表示大型機柜流動阻力的數(shù)學(xué)模型 通風(fēng)機工作點確定 通風(fēng)機的選擇 種類 特點 工作點 特性曲線 通風(fēng)機串聯(lián) 通風(fēng)機并聯(lián) 通風(fēng)機串 并聯(lián)特性曲線 結(jié)構(gòu)因素對風(fēng)冷效果影響 通風(fēng)機位置 元件的排列 風(fēng)道結(jié)構(gòu)形式 熱源位置 紊流器 漏風(fēng)的影響 a 較好的速度分布 b 較差的速度分布 葉片不同位置的速度分布 兩種風(fēng)機安裝形式的比較 a 較好 b 較差 風(fēng)道結(jié)構(gòu)形式的影響 機柜漏風(fēng)的影響 a 密封 b 抽風(fēng) c 鼓風(fēng) d 串聯(lián) 風(fēng)冷設(shè)計基本原則 合理控制氣流和分配氣流 集中熱源 單獨風(fēng)冷 元器件排列原則 力求對氣流的阻力最小 進出口盡量遠(yuǎn)離 避免風(fēng)流短路 大機柜中屏蔽盒的通風(fēng)冷卻 熱計算 例把裝有印制板的屏蔽盒插入大機柜中進行通風(fēng)冷卻 通過屏蔽盒間的冷卻空氣流速為76cm s 冷空氣的入口溫度為50 每個屏蔽盒的尺寸為130mm 高 140mm 長 38mm 寬 其損耗功率為4W 屏蔽盒的間距為2 5mm 如圖所示 為改進屏蔽盒內(nèi)部輻射換熱 盒的內(nèi)側(cè)壁進行噴漆處理 試確定印制板表面和屏蔽盒表面的熱點溫度 a PCB在屏蔽盒中的位置 b 熱路模型 解 定性溫度 物性參數(shù) 風(fēng)道的長寬比 故 特征尺寸 當(dāng)量直徑 屏蔽盒外側(cè)對流換熱面積 屏蔽盒外側(cè)對流熱阻 屏蔽盒表面溫度 由于盒內(nèi)元件表面至內(nèi)壁之間的間隙很小 13mm 按有限空間處理 假設(shè) 為 為 按近似導(dǎo)熱處理 熱阻R1為 輻射熱阻R2為 R1與R2是并聯(lián)熱阻 故總熱阻為 與假設(shè)的溫差22 接近 PCB表面溫度為 電子設(shè)備液體冷卻 直接液體冷卻 蒸汽不再循環(huán) 有攪動 發(fā)熱元器件浸入冷卻液 無蒸發(fā) 蒸汽再循環(huán) 元器件或組件浸入冷卻液 有蒸發(fā) TCM技術(shù) 無攪動 間接液體冷卻 冷板技術(shù) 液冷 泵和熱交換器 泵的選擇 流量 壓力 離心泵 泵的種類 齒輪泵 軸流式泵 熱交換器的種類 列管間壁式 順流 逆流 叉流 往復(fù)流 緊湊式 單流體冷板 熱計算 傳熱 冷流體 熱流體 對數(shù)平均溫差 適用于順流 逆流 1 由已知條件 由熱平衡方程 求另一個未知溫度 2 求 tm 5 核算流體阻力 4 由傳熱方程求換熱面積A 3 布置換熱面 計算傳熱系數(shù)K 6 若阻力偏大 則重新設(shè)計 對數(shù)平均溫差法 熱交換器的設(shè)計計算 1 1 計算傳熱系數(shù)K 2 計算NTU及 5 由熱平衡方程求 4 計算傳熱量 3 計算或查表得有效度 有效度傳熱單元數(shù)法 NTU 熱交換器的設(shè)計計算 2 冷卻劑 物理特性 沸點 冰點 閃點 燃點等 熱特性 相容性 經(jīng)濟性 冷卻劑評價標(biāo)準(zhǔn) 自然對流 強迫對流 層流 強迫對流 紊流 電氣特性 介電強度 體積電阻率 介電常數(shù)等 液體冷卻系統(tǒng)的設(shè)計 1 確定冷卻方式 選擇冷卻劑 確定流量 或流速 由 t2根據(jù)熱平衡方程確定其流量 選擇二次冷卻方式 熱交換器類型 確定冷流體在熱交換器中的走向 確定h1和h2 確定冷 熱流體的溫差 t1 7 10 t2 5 液體冷卻系統(tǒng)的設(shè)計 2 根據(jù)h1和h2及 tm 確定KA值 進行設(shè)計或選擇 計算阻力損失 選用管路和閥 水套設(shè)計 發(fā)射管 由流量和阻力損失選泵 控制保護裝置 冷板 冷板結(jié)構(gòu)形式 氣冷式 液冷式 氣冷式冷板 肋片 封端 平直形肋 鋸齒形肋 燕尾形 燕尾槽形 多孔形肋 矩形 外凸矩形 冷板換熱計算 1 熱平衡方程 換熱方程 冷板換熱計算 2 冷板總的壓力損失 冷板有效度 Ac為通道截面積 Afr為冷板截面積 冷板校核設(shè)計 1 溫升 肋效率 總效率 冷板校核設(shè)計 2 傳熱單元數(shù) 若不滿足 6 7 條件 重新計算 壓力損失 初步確定結(jié)構(gòu)形式及尺寸 選肋 由定性溫度 確定冷卻劑物性參數(shù) 定性溫度tf 2ts t1 t2 4 出口溫度t2 t1 t 冷卻劑溫差 通道截面積Ac b1S2 S2單位寬度的通道面積 單位面積質(zhì)量流量 冷板設(shè)計計算 1 冷板深度D1 A S1b1 S1單位面積的傳熱面積 壓降 P P 比較A A P P 若不滿足 重新設(shè)定b D值 直至符合要求 冷板設(shè)計計算 2 冷板設(shè)計例 已知條件 冷板 單側(cè) 傳熱功率為50W 冷板功率器件表面的 ts 80 冷板的結(jié)構(gòu)尺寸見圖6 9所示 肋片參數(shù) 尺寸 l f h 9 5mm 0 2mm 1 4mm 當(dāng)量直徑dc 2 13mm 單位面積的傳熱面積 單位寬度的通道截面積 冷卻劑為空氣 其入口溫度 冷卻劑流量 通道壓力損失 解 1 冷板的體積 2 肋片材料導(dǎo)熱系數(shù) 1 冷板橫截面積 2 冷板通道截面積 3 總換熱面積 4 冷卻劑流量流經(jīng)冷板的流速 流經(jīng)冷板的質(zhì)量流量 5 冷卻劑溫升 6 冷卻劑出口溫度 7 定性溫度 取54 8 換熱系數(shù) 9 肋片效率 10 傳熱單元數(shù) 11 冷板表面溫度 12 壓力損失 Kc f Re 1 1 查圖6 6得 Ke f Re 0 5 查圖6 7得 f f Re 0 08 查圖6 8得 G2 86 3 電子設(shè)備的蒸發(fā)冷卻 原理 蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)的組成 汽 水兩相冷卻 蒸發(fā)冷卻的應(yīng)用 蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)的設(shè)計計算 超蒸發(fā)冷卻 熱電致冷的熱計算 致冷量 性能系數(shù) 最大溫差 最大致冷量 最佳工作電流 材料品質(zhì)因數(shù) 最佳性能系數(shù) 最佳致冷量設(shè)計程序 最佳性能系數(shù)設(shè)計方法 熱電致冷原理 塞貝克效應(yīng) 珀爾帖效應(yīng) 付立葉效應(yīng) 焦耳效應(yīng) 湯姆遜效應(yīng) 熱電致冷器的結(jié)構(gòu)及應(yīng)用 結(jié)構(gòu) 特點 應(yīng)用 毛細(xì)泵力 蒸發(fā)端 冷凝端 熱管的工作原理 1 熱管的工作原理 2 熱管的基本特性與分類 1 基本特性大的傳熱能力等溫性熱流密度可變換恒溫 可控?zé)峁?2 熱管分類深冷熱管低溫?zé)峁苤袦責(zé)峁芨邷責(zé)峁?熱管傳熱極限 粘性限 聲速限 毛細(xì)限 沸騰限 攜帶限 熱管結(jié)構(gòu)與材料 分類 蒸汽流量調(diào)節(jié)熱管 過量流體熱管 充氣熱管 結(jié)構(gòu)材料 工作液 要求 管芯 材料 要求 管殼 材料 要求 熱管設(shè)計要求 工作溫度 選擇工質(zhì) 容器耐壓能力 傳熱量 結(jié)構(gòu)尺寸 管芯結(jié)構(gòu) 傳輸長度 毛細(xì)限 溫度均勻性 蒸發(fā)與冷凝段設(shè)計 管芯結(jié)構(gòu) 工作環(huán)境 重力 腐蝕環(huán)境 熱環(huán)境 力學(xué)條件 強度計算 工程要求 尺寸 質(zhì)量 幾何尺寸 可靠性 瞬時性能 啟動性能 熱管應(yīng)用與設(shè)計 設(shè)計步驟 吸液芯參數(shù)確定 截面積AW 蒸汽通道截面積AV 管殼設(shè)計 壁厚 封頭厚度 工作液的選擇 計算工作液充裝量 傳熱極限的校驗 設(shè)計要求 工作溫度 傳熱量 工作環(huán)境 結(jié)構(gòu)尺寸 其他 應(yīng)用 管狀 平板 可控?zé)峁?表1管芯的毛細(xì)半徑 滲透率及孔隙度數(shù)值 表2不同材料組合的相容性 表中DOW Dowtherm 導(dǎo)熱姆換熱劑 二苯及二苯氧化物的混合物 表3適用于電子設(shè)備中熱管的工作液 電子設(shè)備熱測試技術(shù) 溫度測量 壓力測量 流量測量 溫度測量 熱電偶測溫 原理 制作 測試 紅外線測溫儀 熱敏電阻 80 200 溫度敏感涂料 38 1800 液晶測溫 壓力與流量測量 液柱壓力計 U形管 傾斜或杯式 微壓計 節(jié)流式流量計 彈簧或壓力表 畢托管測流量 流速 轉(zhuǎn)子流量計 低熱阻設(shè)計技術(shù) 低熔點合金填料 In 低熱阻芯片技術(shù)1 微焊接技術(shù)2 有機介質(zhì) 材料3 基板技術(shù)4 熱介質(zhì)材料低熱阻優(yōu)化散熱器 表1降低幾種傳熱熱阻的方法 低熱阻散熱器優(yōu)化技術(shù) 準(zhǔn)則方程優(yōu)化遺傳算法優(yōu)化 優(yōu)化結(jié)果 1 表2SRX08D50散熱器 自然冷卻 優(yōu)化結(jié)果 優(yōu)化結(jié)果 2 表3SRX08D125散熱器 自然冷卻 優(yōu)化結(jié)果 優(yōu)化結(jié)果 3 表4SRX08D50散熱器 強迫風(fēng)冷 優(yōu)化結(jié)果 優(yōu)化結(jié)果 4 表5SRX08D125散熱器 強迫風(fēng)冷 優(yōu)化結(jié)果功耗 19 55W 功率器件低熱阻技術(shù) ASIC器件物理模型 芯片鍵合方式 a 絲焊 b TAB c 倒裝焊 微焊接技術(shù)的影響 a 倒裝焊接芯片溫度分布 b 絲焊芯片層溫度場 焊料的影響 芯片互連的基板類型 1 L型基板微縮的多層PCB工藝 用于低頻IC設(shè)計 2 C型基板分厚膜與共燒多層陶瓷兩類 厚膜多層分導(dǎo)體 介質(zhì)的純連接與有電阻器 電容器導(dǎo)體 介質(zhì)連接系統(tǒng) 共燒多層陶瓷分高溫共燒陶瓷與低溫共燒陶瓷兩種 目前C型基板材料主要氧化鋁 氮化鋁 氧化鈹?shù)?3 D型基板 薄膜多層互連基板 基板技術(shù)的影響 a 復(fù)合介質(zhì)基板芯片層溫度場 b AIN陶瓷基板芯片層溫度場 基板材料的影響 有機介質(zhì)材料的影響 a 介質(zhì)層中無冗余通孔的芯片層溫度場 b 通孔面積10 的芯片層溫度場 介質(zhì)層通孔面積的影響 熱介質(zhì)材料的影響 a 無熱介質(zhì)材料時的芯片層溫度場 b 增加填料環(huán)氧樹脂后的芯片層溫度場 熱介質(zhì)的影響 芯片功率點分布的影響 a 位于基板中心 b 位于基板上部 高效熱控制技術(shù) 微通道散熱器熱管技術(shù)相變冷卻 液體相變冷卻 固體相變冷卻 高效熱控制技術(shù) 微通道散熱器 微通道散熱器組裝 激光切割微通道散熱器 MCM與微通道散熱器 零熱阻熱管 1 鉸鏈熱管 2 微型熱管 3 仙人掌熱管散熱器 微型熱管散熱器 薄膜熱電致冷 不同流體的換熱系數(shù) h W cm2 h W cm2 h W cm2 h W cm2 相變冷卻 1 相變冷卻 2 航天器的熱控制技術(shù) 空間環(huán)境熱控制的要求主動熱控制技術(shù)輻射式傳導(dǎo)式對流循環(huán)控制熱電致冷被動熱控制技術(shù)熱控涂層隔熱技術(shù)熱管技術(shù)相變致冷其他 計算機輔助熱分析 數(shù)值傳熱學(xué) 數(shù)值流體力學(xué)數(shù)值計算方法建模技術(shù)程序設(shè)計 導(dǎo)熱的數(shù)值分析 有限元素法 變分原理 有限差分法 溫度連續(xù)分布問題轉(zhuǎn)化為離散點的問題 用差商去代替微商 有限差分法求解步驟 2 討論與該差分格式對應(yīng)的線性代數(shù)方程解的唯一性 3 求解代數(shù)方程組 得到區(qū)域內(nèi)的溫度分布 確立差分格式是關(guān)鍵 通過區(qū)域離散化 建立區(qū)域差分方程和邊界條件的差分形式 構(gòu)建差分格式 求解線性代數(shù)方程 得到各節(jié)點的溫度 節(jié)點數(shù)越多 精度越高 1 構(gòu)成差分格式 有限元素法求解步驟 2 寫出單元的泛函表達式 3 構(gòu)造每個單元內(nèi)的插值函數(shù) 1 區(qū)域離散化 5 構(gòu)成代數(shù)方程組 6 求解代數(shù)方程組 4 求泛函極值條件的代數(shù)方程表達式 對流換熱的數(shù)值計算 連續(xù)方程 能量方程 動量方程 流體動力粘度 流體運動粘度 流體定壓比熱 源項 穩(wěn)態(tài) 三維對流換熱的通用方程為 式中u v w x y和z方向的速度分量 式中各系數(shù)的對應(yīng)關(guān)系如表所列 計算機輔助熱分析 計算機輔助熱分析國外計算機輔助熱分析 THEBES FLOTHERM FLUENT ANSYS FLOTRAN FIDAP ICPAK ESC PHOENICS HOTBOX TMG NATA CATS CFX4 STAD D等 國內(nèi)計算機輔助熱分析原電子部成立了熱分析軟件應(yīng)用總體組 負(fù)責(zé)電子設(shè)備計算機輔助熱分析的研究工作 雷達結(jié)構(gòu)熱分析 專用芯片熱設(shè)計 MCM熱分析 導(dǎo)熱模塊熱分析 電子機箱熱分析 散熱器優(yōu)化設(shè)計等 有7個層迭插件盒的機柜 當(dāng)機柜外表面發(fā)射率e 0 2時 沒有涂敷油漆 機柜內(nèi)的環(huán)境空氣溫度 當(dāng)機柜外表面發(fā)射率e 0 98時 用黑色油漆涂敷 機柜內(nèi)的環(huán)境空氣溫度 機柜高度 cm 熱源位于機柜頂部附近時 機柜內(nèi)部的環(huán)境空氣溫升 熱源位于機柜底部附近時 機柜內(nèi)部的環(huán)境空氣溫升 熱源沿高度近似均勻分布時 機柜內(nèi)部的環(huán)境空氣溫升 謝謝