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導熱介面材料廠解釋熱設計中的常用詞匯

發布時間:2020-03-05 點擊次數:2919

導熱介面材料廠解釋熱設計中的常用詞匯:電子產品中經常會用到“熱阻”(K/W)這個詞。在圖1的示例中,連接A和B的管道越細,水就越難流出,A和B之間的水位差也就越大。相反,加粗管道后,AB之間的水位差將會消失。這種阻礙水流動的作用就相當于熱阻。舉例來說,當熱流量為1W、溫度上升1K時,熱阻就是1K/W。在熱設計中,熱阻扮演著非常重要的角色。因為只要知道熱阻,就能構思出散熱措施,例如“如果要制造熱阻為5K/W的散熱片,尺寸大約會達到50mm×50mm×30mm”、“熱阻為0.1K/W、因此必須要有風扇”等等。


導熱產品圖

     發熱量和散熱量也是熱設計的常用詞匯,但二者都屬于“熱流量”(W),表示1秒的時間中產生或轉移的熱量。“熱容量”(J/K)也是一個重要參數。熱容量相當于圖1中水箱A的底面積。如果底面積大,即使加入大量的水,水位也不容易上升。相反,如果底面積小,即使只加入少量的水,水位也會猛漲。熱也是如此,如果是熱容量大的大鐵塊,就算發熱量大,溫度也很難升高。相反,如果是熱容量小的小塑料容器,哪怕發熱量不大,溫度也會迅速升高。

 

    也就是說,熱容量代表的是水位上漲1m需要注入多少L水,即使溫度升高1K需要多少J熱量。假設熱容量為1J/K,熱流量為1W。此時,1秒鐘將有1J的熱能流入;而每吸收1J的熱量,溫度會升高1K。因此,如果忽略熱量的流失,1秒的時間中溫度會升高1K。由此可知,只要知道了熱容量,就能推算出溫度的升降。

 

    熱容量等于“比熱×重量”,計算非常簡單(注1)。比熱是單位質量物質的熱容量,單位為J/kg?K(或J/kg?℃)。質量則是體積×密度。比熱和密度都是物理性質,可以在手冊中查到,而且,體積是由尺寸決定的,因此,只要知道材料和尺寸,就能計算出熱容量。至于印刷電路板等復合材料,在計算出各種材料的熱容量之后,相加即為總的熱容量。

 

   (注1)熱阻的計算方式因熱傳導、熱對流、熱輻射等熱移動的方式而異,非常復雜。“熱流密度”(W/m2)在圖1中指的通過管道時熱流量的密度,也叫熱通量。通常來說,通過的熱量是發熱量,發熱量除以表面積即為熱流密度。因為發熱量代表發熱能力,表面積代表散熱能力,所以,熱流密度就相當于發熱能力與散熱能力之比。因為物體內的熱量只能通過該物體與空氣接觸的面、也就是表面釋放,所以,在熱量通過的部分中,表面積是最重要的條件。

 

       熱流密度與溫度的上升量成正比,熱流密度越大,溫度上升越多。反言之,通過管理熱流密度,可以使溫度控制在一定水平以下。例如,在印刷電路板上安裝部件時,熱流密度等于部件的總發熱量除以印刷電路板的總表面積。如果采用自然空冷,一般來說,熱流密度達到400W/m2以上就容易發生故障,因此要控制在300W/m2左右。如上所述,通過計算熱流密度,可以實現安全的設計。因此,在分割電路板時,要盡量考慮到熱流密度,做到均勻分割。而且,不只是整塊電路板,對于每一個部分也要遵循這樣的思路。假設整塊電路板的熱流量為5W,如果把2W和1W的部件集中在一起,這一部分的熱流密度就會增加,導致散熱效率降低。通過像這樣綜合管理整體和單獨的熱流密度,散熱措施的設計會變得輕松許多。


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