《电子元件散热》PPT课件.ppt

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1、电子元件的散热电子元件的散热LED散热户外设备散热芯片散热LED照明发展到今天，亮度已经不照明发展到今天，亮度已经不是问题了，可是由于是问题了，可是由于PN结本身的问结本身的问题，光电转化率只有题，光电转化率只有30%左右，其左右，其余余70%转化为热能。而现在大功率转化为热能。而现在大功率的照明设备尤为明显，所以现在的照明设备尤为明显，所以现在LED照明的散热问题已经成为行业照明的散热问题已经成为行业发展的瓶颈。为了突破这个瓶颈，发展的瓶颈。为了突破这个瓶颈，工程师们做了很多应对方案，我们工程师们做了很多应对方案，我们就对现在市面上流行的散热技术讨就对现在市面上流行的散热技术讨论一下。论一下

2、。LED散热散热LED散热散热-传统的型材散热传统的型材散热这是现在市面上流行的散热方法，这是现在市面上流行的散热方法，把铝型材做成太阳花，梳子形等造把铝型材做成太阳花，梳子形等造型。把芯片固定到散热器底部，利型。把芯片固定到散热器底部，利用金属的导热性把热传导到鳍片上，用金属的导热性把热传导到鳍片上，靠空气对流把热量带走。常用的材靠空气对流把热量带走。常用的材料是铝，比铝导热性能好的材质有料是铝，比铝导热性能好的材质有铜和银，可是参考性价比，铝是最铜和银，可是参考性价比，铝是最合适的。对于小功率来说，铝可以合适的。对于小功率来说，铝可以做到散热，但对于大功率来说，铝做到散热，但对于大功率来说

3、，铝的散热效率就不够了。所以就出现的散热效率就不够了。所以就出现了以下两种形式：加风扇强制散热了以下两种形式：加风扇强制散热和热管技术和热管技术 LED散热散热-强制散热强制散热由于现在的集成芯片和电脑的由于现在的集成芯片和电脑的CPU很相似，很相似，所以，把风扇加到散热器上就应运而生了。所以，把风扇加到散热器上就应运而生了。加上风扇之后，散热效果有一定的改善，加上风扇之后，散热效果有一定的改善，但是由于铝本身的导热速率不高，导致散但是由于铝本身的导热速率不高，导致散热效率提高并不是很多，也不能解决大功热效率提高并不是很多，也不能解决大功率散热的要求。而且风扇还有一个致命的率散热的要求。而且风

4、扇还有一个致命的缺点：大功率照明所处的环境普遍比较恶缺点：大功率照明所处的环境普遍比较恶劣，风扇的可靠性令人堪忧。路灯，工矿劣，风扇的可靠性令人堪忧。路灯，工矿灯，码头灯等，风吹，日晒，雨淋，粉尘，灯，码头灯等，风吹，日晒，雨淋，粉尘，腐蚀，风扇抗的住吗？另外，腐蚀，风扇抗的住吗？另外，LED是节能是节能产品，可是散热方面又再次耗能，这将使产品，可是散热方面又再次耗能，这将使LED失去节能的优势。失去节能的优势。右边右边LEDLED灯具加装灯具加装Sunon LEDSunon LED散热模组来强制散热，其散热模组来强制散热，其heat sinkheat sink温度（温度（53.153.1）左

5、边未装设散热模组的左边未装设散热模组的heat heat sinksink温度（温度（73.773.7）比较，）比较，两者温度相差两者温度相差20.620.6。LED散热散热-风扇风扇强制散热强制散热导热蒸发模块导热蒸发模块散热模块散热模块蒸汽流蒸汽流蒸发腔室蒸发腔室多孔金属吸液芯多孔金属吸液芯导热蒸发块导热蒸发块散热模块散热模块蒸汽流蒸汽流蒸发腔室蒸发腔室多孔金属吸液芯多孔金属吸液芯分体回路式散热系统分体回路式散热系统重力式散热系统重力式散热系统LED散热散热-热管散热热管散热导热塑料，导热陶瓷，热辐射处理导热塑料，导热陶瓷，热辐射处理、微槽群复合相变技术、微槽群复合相变技术 2011年由中

6、国科学院热物理研究所和北京瑞年由中国科学院热物理研究所和北京瑞德桑节能科技有限公司合作生产的大功率德桑节能科技有限公司合作生产的大功率LED散热器正式入市销售。它是利用微细尺散热器正式入市销售。它是利用微细尺度槽群结构热沉的高强度复合相变强化换热度槽群结构热沉的高强度复合相变强化换热机理进行冷却。既保留了其他散热技术的优机理进行冷却。既保留了其他散热技术的优势，又没有其他散热技术的缺点。冷却能力势，又没有其他散热技术的缺点。冷却能力超强：取热热流密度达超强：取热热流密度达400W/，比热管约，比热管约高高100倍；重量轻，体积小：重量不到现有散倍；重量轻，体积小：重量不到现有散热器的热器的25

7、%，体积小，体积小20%左右；无功耗冷却：左右；无功耗冷却：无需风扇或水泵，没有冷却用能耗；可靠性无需风扇或水泵，没有冷却用能耗；可靠性高：没有外部环节，提高了整体可靠性。高：没有外部环节，提高了整体可靠性。LED散热散热-其他散热形式其他散热形式1.芯片与外散热器件路径越芯片与外散热器件路径越短越好，越短你的散热设短越好，越短你的散热设计就越好；计就越好；2.散热阻力，就是要有足够散热阻力，就是要有足够的散热传导路径同时也要的散热传导路径同时也要有足够的有足够的散热道路散热道路.这这部分成本主要在结构，用部分成本主要在结构，用于散热成本并不多于散热成本并不多散热成本要维持在散热成本要维持在5

8、%,实际散热设计很简单，把住两个方向：实际散热设计很简单，把住两个方向：LED散热散热-散热设计散热设计几种常见的户外电子设备几种常见的户外电子设备目前有许多户外电子设备恶劣外目前有许多户外电子设备恶劣外部环境下，它们遭受太阳热辐射部环境下，它们遭受太阳热辐射和设备本身发热影响，消除这两和设备本身发热影响，消除这两种热源影响对电子设备可靠工作种热源影响对电子设备可靠工作至关重要。而温度和湿度又是电至关重要。而温度和湿度又是电信电子设备失效两个主要原因。信电子设备失效两个主要原因。电子系统本身可能并没有包含对电子系统本身可能并没有包含对抗恶劣环境条件设计，为了满足抗恶劣环境条件设计，为了满足在户

9、内和户外环境下保护电子设在户内和户外环境下保护电子设备需要，业界在处理散热问题方备需要，业界在处理散热问题方面投入了大量时间和精力。面投入了大量时间和精力。户外电子设备散热户外电子设备散热户外机箱机柜散热户外机箱机柜散热1.1.一般户外机箱机柜结构是双层的，一般户外机箱机柜结构是双层的，其内部结构常会填充隔热材料主体其内部结构常会填充隔热材料主体结构采用焊接技术，内外表皮使用结构采用焊接技术，内外表皮使用静电喷涂处理。静电喷涂处理。2.2.它的散热通道通常是从左侧风扇它的散热通道通常是从左侧风扇从外部抽取空气通过百叶窗到达散从外部抽取空气通过百叶窗到达散热片，然后从机柜的右侧将风排出，热片，然

10、后从机柜的右侧将风排出，机柜内侧循环风扇把热量从模块地机柜内侧循环风扇把热量从模块地带传到机柜罩散热片，其其顶盖可带传到机柜罩散热片，其其顶盖可以避免太阳辐射对里面空气产生加以避免太阳辐射对里面空气产生加热影响。热影响。户外电子设备散热户外电子设备散热-机箱散热机箱散热3.左侧的进气孔通常进冷风，右侧顶罩排出应经过交换的热风，左侧的进气孔通常进冷风，右侧顶罩排出应经过交换的热风，户外机柜内循环为使用风扇吸入机柜内部的热风，经过户外机户外机柜内循环为使用风扇吸入机柜内部的热风，经过户外机柜的散热系统交换机柜内部的热量，交换后的冷风从柜体的左柜的散热系统交换机柜内部的热量，交换后的冷风从柜体的左侧

11、出风口出风，形成柜体的内部循环，给柜体内部的设备散热，侧出风口出风，形成柜体的内部循环，给柜体内部的设备散热，保证户外机柜能够正常的运转。保证户外机柜能够正常的运转。户外电子设备散热户外电子设备散热-机箱散热机箱散热根据不同的应用环境采用不同的冷却方法，为用户选择和设计最根据不同的应用环境采用不同的冷却方法，为用户选择和设计最经济可靠的方案。冷却方法有空气对流热交换，空调，强迫通风经济可靠的方案。冷却方法有空气对流热交换，空调，强迫通风和负压通风等。和负压通风等。1.空调空调:置于机箱内部，调节内部温度低于户外温度，它适合大于置于机箱内部，调节内部温度低于户外温度，它适合大于700W的高热耗设

12、备，但其缺点为产品和运行成本高，且交流停电的高热耗设备，但其缺点为产品和运行成本高，且交流停电时空调不工作。时空调不工作。2.强迫通风强迫通风:用温控直流风扇吸进外部空气来驱走设备内的热量，用温控直流风扇吸进外部空气来驱走设备内的热量，适合于低热耗的设备。是一种低成本的散热方案，但也把恶劣的适合于低热耗的设备。是一种低成本的散热方案，但也把恶劣的外部空气带进设备内部而影响设备的性能和运行安全，还需定期外部空气带进设备内部而影响设备的性能和运行安全，还需定期维护滤网。较适合蓄电池箱的散热设计。维护滤网。较适合蓄电池箱的散热设计。户外电子设备散热户外电子设备散热-机箱散热机箱散热3.空气热交换空气

13、热交换:用温控直流风扇分别驱动内外部空气循环，用温控直流风扇分别驱动内外部空气循环，内部的热气与外部的冷空气在隔离的散热器上产生热交内部的热气与外部的冷空气在隔离的散热器上产生热交换，而设备全封闭。此散热方式价格适中，适合于热耗换，而设备全封闭。此散热方式价格适中，适合于热耗2001000W的设备。但其缺点是内部温度总是高于外部的设备。但其缺点是内部温度总是高于外部温度。通常设计在摄氏温度。通常设计在摄氏20度以下。度以下。4.双层壳体设计双层壳体设计:主设备机箱的门、侧板及背板采用双层主设备机箱的门、侧板及背板采用双层壳体以减小太阳辐射的影响。壳体以减小太阳辐射的影响。户外电子设备散热户外电

14、子设备散热-机箱散热机箱散热安装在户外的大型安装在户外的大型LED显示屏温度随着工显示屏温度随着工作时间而变化，工作时间越长，其产生的作时间而变化，工作时间越长，其产生的热量也越高，加之户外高温，易造成热量也越高，加之户外高温，易造成led显示屏因局部温度过高而损坏。显示屏因局部温度过高而损坏。这时就得给这些传统这时就得给这些传统led箱体显示屏加些箱体显示屏加些散热设备，然而这无疑又增加了散热设备，然而这无疑又增加了led显示显示屏运营商的成本。这种传统的屏运营商的成本。这种传统的led显示屏显示屏看似节能，然其辅助的散热设备并未给它看似节能，然其辅助的散热设备并未给它带来什么真正意义上的节

15、能。所以，散热带来什么真正意义上的节能。所以，散热是我们选购是我们选购led显示屏的一个重要判断标显示屏的一个重要判断标准。为此，不少准。为此，不少led显示屏厂家纷纷寻求显示屏厂家纷纷寻求改善改善led显示屏散热的方法，下面就简单显示屏散热的方法，下面就简单地介绍一些散热方式。地介绍一些散热方式。户外电子设备散热户外电子设备散热-户外户外LED灯散热灯散热1、利用灯壳外形，制造出对流空气，这是最低成本的加强散、利用灯壳外形，制造出对流空气，这是最低成本的加强散热方式。热方式。2、在塑料外壳注塑时填充导热材料，增加塑料外壳导热、散、在塑料外壳注塑时填充导热材料，增加塑料外壳导热、散热能力。热能

16、力。3、用铝散热鳍片做为外壳的一部分来增加散热面积这是最常、用铝散热鳍片做为外壳的一部分来增加散热面积这是最常见的散热方式见的散热方式。4、表面辐射散热处理，灯壳表面做辐射散热处理，简单的就、表面辐射散热处理，灯壳表面做辐射散热处理，简单的就是涂抹辐射散热漆，可以将热量用辐射方式带离灯壳表面。是涂抹辐射散热漆，可以将热量用辐射方式带离灯壳表面。户外电子设备散热户外电子设备散热-户外户外LED灯散热途径灯散热途径早在上个世纪中期国内就有散热器产品，只不过早在上个世纪中期国内就有散热器产品，只不过当时的散热主要是工业上的。当时的散热主要是工业上的。PC行业中的散热领行业中的散热领域则是随着芯片的发

17、展而变化，不知不觉中发展域则是随着芯片的发展而变化，不知不觉中发展成如今的规模。成如今的规模。而现今的处理器频率都在而现今的处理器频率都在2.0Ghz以上。以上。用用1GHz=1000MHz换算换算那么计算处理能力提高了那么计算处理能力提高了40倍以上倍以上那他们的散热情况呢？那他们的散热情况呢？Inteli486处理器。这款处理器集成了处理器。这款处理器集成了120万个晶万个晶体管，时钟频率为体管，时钟频率为50MHz。但是由于频率越来越。但是由于频率越来越高本身制程工艺不行，阻碍了处理器的进一步发高本身制程工艺不行，阻碍了处理器的进一步发展，这其中就包括发热量高的问题，因此在部分展，这其中

18、就包括发热量高的问题，因此在部分486上出现了散热片的概念。上出现了散热片的概念。芯片散热芯片散热早期芯片散热器的尺寸非常小甚至早期芯片散热器的尺寸非常小甚至比处理器本身还小，但是之后越来比处理器本身还小，但是之后越来越大，通过下面一组图片就能看出越大，通过下面一组图片就能看出来，这组图片分别是不同时期来，这组图片分别是不同时期CPU散热器的尺寸。散热器的尺寸。芯片散热芯片散热-散热器尺寸散热器尺寸导热系数导热系数k(W/(mK)银银429铜铜401金金317铝铝237铁铁80散热器的材质构成上现在最主流的就散热器的材质构成上现在最主流的就是铜和铝，当然都是并不是纯金属，是是铜和铝，当然都是并

19、不是纯金属，是进行过抗氧化处理的合金。两种材料相进行过抗氧化处理的合金。两种材料相比其它金属更具价格优势，而且产量高比其它金属更具价格优势，而且产量高材料源头有保障。铝制特点是轻盈、价材料源头有保障。铝制特点是轻盈、价格相对低廉，具备良好的导热效果与储格相对低廉，具备良好的导热效果与储热效果，容易加工。铜也类似不过导热热效果，容易加工。铜也类似不过导热效果更好，而且单位体积下质量高，储效果更好，而且单位体积下质量高，储热量大所以更稳定。热量大所以更稳定。芯片散热芯片散热-散热器材料散热器材料热管鳍片式散热器（主流）热管鳍片式散热器（主流）热管散热器其实也是一种铜铝结合的设计，热管散热器其实也是一种铜铝结合的设计，上面这款散热器是最标准的塔式侧吹结构，上面这款散热器是最标准的塔式侧吹结构，采用铜底座和铜热管配合铝制鳍片散热的方采用铜底座和铜热管配合铝制鳍片散热的方式散热。热管的导热效率很比同尺寸铜管强式散热。热管的导热效率很比同尺寸铜管强40倍以上，所以这一设计目前无法逾越。倍以上，所以这一设计目前无法逾越。一体化水冷散热器一体化水冷散热器它的造价高昂，尽管如此，水冷散热器它的造价高昂，尽管如此，水冷散热器利用了液体流动导热原理，充分体现出利用了液体流动导热原理，充分体现出主动散热概念，因此散热基础更好。主动散热概念，因此散热基础更好。芯片散热芯片散热-散热器结构散热器结构