散熱防熱在結構設計中的應用
根據(jù)熱傳導的途徑來說，散熱相應有以下三種主要方式：
一、散熱片導熱式散熱
1、良好接觸面：要求發(fā)熱件與散熱片要有良好接觸，盡可能降低接觸熱阻，所以最好有大的接觸面，接觸面還需要有較高的光潔度，為了彌補因接觸面的粗糙而導致的貼合不良，可以在中間涂抹導熱脂，可以有效降低接觸熱阻；
2、良好的導熱材料：銅、鋁都有較好的導熱性能，銅的導熱系數(shù)雖然優(yōu)于鋁，但銅有密度太高、價格貴的缺點，所以實際應用中鋁材是應用最多；
3、散熱片固定方式：這個也是比較重要的一環(huán)，如果不能把發(fā)熱件與散熱片良好接觸，也是無法有效把熱量傳導到散熱器上的，應用中有直接用螺絲釘緊固的，也有用彈簧片壓固的，可以根據(jù)需要選擇設計，需要說明的是，有些功率器件和散熱片之間有絕緣要求，中間選用的絕緣材料就一定要選用低熱阻的材料，比如：聚脂薄膜、云母片等，實際安裝中還要注意固定位置應使用受力均勻分布；
4、散熱片的形狀：包括頁片與基材的形狀尺寸，要有盡可能加大散熱表面積，這樣散熱片的熱量才能快速與周圍空氣對流，比如說增加頁片數(shù)目、在頁片上做波浪紋都是好辦法；基材要厚一些比較好，長而薄的散熱片效率很差，在遠端基本上是不起作用的了；
二、對流散熱
1、自然對流：發(fā)熱器件或者散熱片的熱量可以是依靠自然對流散熱，這樣的話，發(fā)熱件或者散熱片最好以長邊取為垂直方向為佳，而且要盡量使散熱片的橫斷面與水平面方向平行，因為熱空氣是上升的，這樣才比較有利于空氣流通，象單面頁片式的散熱器就比較適合安裝在機體背板以自然對流方式散熱；
2、強制對流：采用風扇強制吸、排的方式拉動一個風場來加強空氣對流，是比較有效的散熱方式，可以根據(jù)需要選擇合適的風扇規(guī)格與數(shù)目，在設計上要注意的有這么幾點：
A、各風扇風場方向要一致，不要互相打架，否則效率肯定大打折扣，對機箱內部來說最好有相應的進風口與出風口；
B、采用強制風冷時，對于頁片式散熱片來說，要使頁片方向與風道氣流方向一致
c、機箱上要根據(jù)風場的需要留出相應的散熱孔，散熱孔并非越多、越大就越好，首先散熱孔的大小根據(jù)不同的安規(guī)等級有相應限制，還要考慮EMI的要求（可以參考一下附圖）；另外，重為重要的是：散熱孔的分布要與風道氣流的流向吻合，
三、輻射散熱
這種散熱方式給設計者留出的空間相對較少，對于發(fā)熱器件與散熱片來說，表面光潔度越高，輻射效率越差，所以比較廉價而且較有效的一個手段是把鋁型材散熱器表面做氧化處理，這層氧化層可以大大改善輻射效率（比如，一個表面研磨光潔的散熱片，表面輻射率可能在0.1左右，做過氧化處理后，輻射率的值可以升高到1）
當然現(xiàn)在還有其他多種多樣的散熱方式，如液體致冷，蒸發(fā)冷卻，半導體制冷，熱管傳熱等，但基本思路都是圍繞這幾方面來考慮的。
此外，防熱設計主要從合理布置元器件，合理排布印刷電路板，合理安排機箱內部結構件三個方面來考慮。
散熱又和電磁兼容好象很沖突，怎樣更好的解決這個問題呢？
對于thermal來說孔越大越好，全開最好；EMI則要求孔越小越好，不開最好，同時考慮到防護等級，一般散熱孔都是條狀；簡單講就是：開小孔；多開孔。
防水產品的散熱一般通過灌膠來處理。
對于散熱，如果散熱片夠用的話絕不用風扇，因為風扇要取電,而且容易壞。
密封產品的散熱，比較直接的方法是在內部形成風路風道，使發(fā)熱元件的熱盡量在內部分散開，也可以直接把發(fā)熱元件鐵在機箱內壁，或者通過比較好的傳導熱器件進行傳導到機箱上（市面上有比銅傳熱更快的多的器件）
電熱器具通常是這樣進行散熱的。于器具底部開進風柵，利用熱風上流的特性，只要在器具的上部也設置相應的通風口，便形成一套很有效率的自下而上的對流系統(tǒng)了。很多電器把線路板設在底部進風柵的上面，以此對IC及變壓器等元件進行降溫。
視頻產品的結構設計，在散熱片和芯片之間必須涂導熱硅膠(類似牙膏)，這個可以增加散熱效果，因為 導熱硅膠可以將散熱片和芯片之間的縫隙填平，增加了傳導的效果。另外在散熱片側面裝一個風機(最好是帶信號控制線的哪種)
做大尺寸液晶顯示器產品其液晶在高溫下很容易老化，屏幕上出現(xiàn)一大塊一大塊的壞點，可以通過加裝風機來解決的；根據(jù)實驗結果，加風機后顯示器內部濕度很環(huán)境溫度只差三度左右，如果不加溫差有十五度左右，所以效果是很明顯的；采用的從機箱底部進風，風機安裝在機箱上部，抽風。
機箱上面的開孔要與風機的方向在同一直線上，這樣空氣的流動路線最短，但在風機與機箱的散熱孔之間最好不要有元器件，它們會影響空氣的流動。其實風道的設計是很復雜的，但只要在50度的環(huán)境下連續(xù)運行48小時機器仍然能正常工作，說明您的設計就是正確的，優(yōu)秀的。
機殼的熱設計 電子設備的機殼是接受設備內部熱量，并通過他將熱量散發(fā)到周圍環(huán)境的一個重要熱傳導環(huán)節(jié)。機殼的熱設計在采用自然散熱和一些密閉性的電子設備中顯得格外重要。由試驗證明，不同結構形式和涂覆處理的散熱效果差異較大，經驗證明： 1。增加機殼內外表面的黑度，開通風孔（百葉窗）等都能降低電子設備內部元器件的溫度。 2.機殼內外表面高黑度的散熱效果比兩側開百葉窗的自然風冷對流效果好。內外表面高黑度時，內部平均降溫20度左右，而兩側開百葉窗時（內外表面光亮），其溫度只降8度左右。 3.機殼內外表面高黑度的散熱效果比單面高黑度的效果好，特別是提高外表面的黑度時降低機殼表面溫度的有效辦法。 4。在機殼內外表面黑化基礎上，合理的改進通風結構，加強空氣對流，可以明顯降低設備的內外溫度。 5。通風口的位置應注意其流短路而影響散熱效果，通風口的進出口應設在溫差最大的兩處，進風口要低，出風口要高。風口要接近發(fā)熱元件，使冷空氣直接起到冷卻元件的作用。 6.在自然散熱時，通風孔面積計算很重要。可根據(jù)設備需由通風口的散熱兩計算： S0=Q/7.4*10^5*H*t
其中：S0為進風口或出風口的種面積 cm^2 Q為通風孔自然散熱的熱量（設備的總功耗減去壁面自然對流和輻射散去的熱量）w H 為進出風口的高度差 cm t=t2-t1 設備內部空氣溫度t2與外部空氣溫度t1之差 7。通風口的結構形式很多，由金屬網，百葉窗等等，設計時要根據(jù)散熱需要，既要結構簡單，不易落灰，又要能滿足強度，電磁兼容性要求和美觀大方。 熱設計 http://www.93ssc.com
8。密封機殼的散熱主要靠對流和輻射決定與機殼表面積和黑度，可以通過減少發(fā)熱器件與機殼的傳導熱阻，加強內部空氣對流（如風機）增加機殼表面積（設散熱筋片）和機殼表面黑度等來降低內部環(huán)境溫度。
熱分析模擬軟件anysys , pro-mechanicar 結構模擬 flothem IcePak 熱流電子模擬 star-CD , star-LT 流體模擬
一般目前流行這些，國內剛開始；從經驗設計轉化向分析設計，做散熱模擬用的是 IcePak
在ICEPAK仿真測試中一般選擇 emissivity=0.09( Al-commercial-surface) emissivity=0.35(Paint-Al surface) emissivity=0.98(paint-black parsons)
給大家推薦一種更牛的散熱方式:Panasonic最正宗的Toughbook系列中的拳頭產品CF-29散熱 眾所周知，熱量的傳導方式有，輻射，傳導，對流三種，大多數(shù)筆記本采用的都是風冷方式，風冷方式本來無可厚非，可是卻會引入幾個新的問題. 一是能量的消耗，一般一個風扇的能耗在0.4W到1W之間，筆記本用電池能量是極其寶貴的一般一個電池的總容量在24W到70W之間，高級一點的風扇采用溫控機制可以省一些電但實際情況是風扇一旦轉起來就不會停下來了，省電效果極為有限； 二是噪音的增加，這在新機器上還好一點，隨著使用時間的延長風扇轉軸的磨損噪聲也就與日俱增； 三是灰塵的引入，空氣的對流勢必會引入灰塵，灰塵積聚在散熱片上達不到良好的散熱效果。
因此可以完全拋棄主動式風冷的方式采用被動式的散熱，當然不是，這里提供秘密武器——熱管。圖1 熱管是現(xiàn)在比較熱門的玩藝，君不見某某顯卡竟然用熱管散熱器來當賣點，殊不知熱管在筆記本家族中已經有些年頭了，不過當時由于成本較高只能用在筆記本這種奢侈品中現(xiàn)在開始在臺式機的市場上攻城掠地了。熱管的原理也就是在一條抽成負壓的銅管子里面放入一些低沸點液體，熱管一端受熱的時候液體因為氣壓高沸點低也就蒸發(fā)，蒸發(fā)是會吸收大量的熱的，而在熱管的另一頭遇冷氣體就冷凝變回液體并由于毛細孔作用回流到另一端，循環(huán)往復（圖2）。 由圖1可以看出，筆記本的顯卡和CPU的熱量由兩條熱管負責將熱量分配到整個底座，從而將兩點熱源變成五點熱源，五點熱源的溫度大致相等從而達到了分散熱量不至過度集中的目的。從圖中我們可以看到整機設計的時候對熱量的分布是十分之均勻的，鍵盤左方是CPU的一點熱源分支，而鍵盤右邊是發(fā)熱量比較大的PCMCIA插槽，同樣的掌托左便是CPU的另外一點熱源分支，而右邊則是鍵盤，這樣的安排使的鍵盤和掌托局部都不至于過熱，而是否過熱是影響手感和舒適度的一大關鍵。從圖中我們也可以看到熱管的兩端都被厚厚的銅片緊密的壓著，銅的導熱特性要比鋁好，熱管也是銅做的，而且厚銅塊更利于熱量的擴散。CPU和銅塊之間并不是直接相連的，因為一來銅塊的表面要打磨成十分光滑的鏡面效果才能保證妥貼接觸，二來主板和底座靠螺釘緊固如果螺釘稍微松動導致銅塊和CPU不能良好的接觸后果堪逾。因此CPU和銅礦之間是通過一片導熱膠來完成熱量傳輸?shù)摹＜热粺峁軐崮芰θ绱藘?yōu)良為什么還要用兩條（好像武功如此高強，一劍封喉何必用第二劍？）這是因為熱管在每個拐角處都會損失30％左右的效率。除了熱管以外，CPU上直接覆蓋的鋁制散熱片還通過一條向上的分支緊貼鍵盤下面的大塊鋁板（圖3）。 也許會有人懷疑這種無風扇設計的被動式散熱的可靠性，實踐證明了在環(huán)境溫度32度的情況下連續(xù)觀看RMVB電影CPU占用率在90％到100％之間1個小時后CPU溫度在65度，比IBM600系列等一些相同配置采用風扇的機型還要低。
標簽： 點擊： 評論:
