电子组装工艺与设备(大二下学期)电子设备的热设计第1节概述

第二章电子设备热设计第一节概述第1页热设计概述热设计原因

电子设备工作时，输出功率往往只占输入功率一部分，其功率损失普通都以热能形式散发出来。另外设备温度与周围环境温度也有亲密联络，当环境温度较高时，设备工作时所产生热能难以散发出去，将使设备温度提升，若温度超出了元器件极限温度，就会引发设备工作状态改变，缩短使用寿命，甚至损坏。第2页热设计定义就是依据传热学基本原理,采取各种散热伎俩，使设备工作温度不超出其极限温度，从而确保电子设备在预定环境条件下稳定可靠地工作。第3页热设计分类按传热机理：自然冷却强迫冷却液体冷却蒸发冷却第4页冷却方法选择依据：热流密度、表面散热功率系数、体积发烧功率系数

热流密度：单位面积（1平方米）截面内单位时间（1秒）经过热量。

表面散热功率系数：单位面积内所能散发出去功率大小。

体积发烧功率系数：单位体积内发烧功率大小。第5页第6页热传递方式热是物体内能，称为热能。哪里有温度差，哪里就有换热现象，就有热量传递。热量总是自发地由高温物体传向低温物体。热能传递方式主要有三种：热传导、对流换热、辐射换热。第7页热传导指物体内部或两物体接触面间热能交换。就一固体而言，这种换热过程是指热量由固体高温区域转移到低温区域。不一样固体之间导热过程只有在它们接触时才有可能发生，由高温物体传向低温物体。在气体和液体中进行单纯导热过程时，它们内部必须没有宏观相对移动。第8页以单层平壁导热过程为例，得出以下公式：

Q-单位时间内传递热量，称热流量；

Δt-平壁两侧面温度差；

δ-平壁厚度；

F-平壁面积；

λ-百分比常数，表征材料导热性能，称为导热系数。

第9页将上式改写为此式类似于欧姆定律表示式：I=U/R故我们将δ/(λF)

称为该平壁导热热阻。热阻是指单位时间内传递单位热量所需温度差，起阻止热量传递作用。热阻还能够串联、并联等。第10页利用热传导散热主要办法有：

1）选取导热系数大材料制造导热零件，可降低热阻。

2）扩大热传导零件间接触面积和压力，接触面应光滑平整。

3）尽可能缩短热传导路径，同时，导热路径中不应有绝热或隔热元件。第11页对流换热指流体（气体或液体）与固体表面直接接触时，因为温差引发相互之间热能传递过程。在流体内部，作为热载体流体微团发生热对流，在对流过程中微团又和周围接触流体进行热传导，即在流体内部进行着热对流和导热综合过程。

对流换热是一个复杂换热过程。

第12页对流换热量计算关系为：

Q—对流换热量；

tw、tf—壁面和流体平均温度；

F—换热面积，；

α—平均对流换热系数，它表示当流体和壁面温度差为1℃时，在单位时间内单位壁面面积和流体交换热量，它大小说明对流换热强弱。第13页

将上式改写成

对流换热热阻为1/(

F)。

第14页利用对流散热主要办法

1）加大温差。

2）加大散热面积，采取有利于对流散热散热器和安装位置。

3）加大对流介质流动速度，选择有利于对流换热流体介质，以带走更多热量。第15页辐射换热是指温度不一样两个（或两个以上）物体间相互进行辐射和吸收所形成换热过程。习惯上仅将和温度相关辐射称为热辐射。波长在0.1-40

m范围内射线就含有这种性质，这一范围内射线称为热射线。辐射换热与导热和对流换热不一样，导热和对流换热仅发生冷、热物体接触时，而辐射不需如此，因为辐射能能够在真空中传输。

第16页在单位时间内物体单位面积向外放射能量，即辐射力为

T-物体绝对温度；

C-辐射系数，它和物体性质、表面情况等原因相关，说明物体向外辐射能量能力。两物体间辐射换热量：第17页

利用热辐射来散热主要办法有：

1）在零、部件或散热片上涂覆黑色或有色粗糙漆,以增强辐射能力。对热敏感元件表面应做成光亮表面，以减小吸收辐射热。

2）加大辐射体表面积。

3）加大辐射体与周围环境温差。第18页传热过程

以平壁传热为例，假定有一个面积为F平壁，其厚度为δ，导热系数为λ两侧面温度分别为tw

1和tw

2，平壁两边分别是温度较高tf1热流体和温度较低tf2冷流体，两边对流换热系数分别为

1和

2

。第19页

在流体和平板温度不随时间改变情况下，整个传热过程以下：左边热流体将热量首先传递给左侧板面，然后此热量由左侧板面传递给右侧板面，最终同一热量又由右侧板面传递给冷流体，能够看作是一个对流换热-导热-对流换热综合过程，从而实现了热量从热流体经过间壁传递给冷流体过程。

第20页从热流体到左侧壁面热传递属于对流换热过程，其传递热量为由左侧壁面到右侧壁面热传递属于热传导过程，其传递热量为由右侧壁面到冷流体热传递又属于一个对流换热过程，其传递热量为第21页

而又有Q1=Q2=Q3=Q

由上面三式可得出：令：则：