电子第三讲-肋片散热器

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1、肋片散热器HeatSinks高红霞gaohongxia@buaa.edu.cn82338952新主楼C座1006室主要内容来由性能优化选择与设计材料加工工艺HeatSinks肋片散热器(heatsinks)的来由Newton’slawofcooling:Q=h.A.(Tw-Tf)增强传热的方式增加传热面积增强表面对流换热系数在电子设备的总尺寸、重量、所耗金属材料、流阻性能增加不多的前提下，采用肋片散热器，其散热量最大可增加一个数量级。最简单的形式肋片散热器(heatsinks)的性能散热效率Heatsinkefficiencyisdefinedas:

2、=Q/(m.c.DTsA)Q=thetotalheatflow热流m=theairmassflowrate气流质量流量c=thespecificheatofthecoolingfluid,and冷空气热容DTsA=averagetemperaturedifferencebetweenheatsinkandcoolingfluid散热器与冷空气之间的平均温差肋片散热器的传热分析－假设①肋片上任何一点的温度不随时间变化；②肋片材料的材质均匀，导热系数为常数；③肋片与环境之间的对流换热表面传热系数为常数；④周围环境流体的温度为常数；⑤肋片仅在其高度方向有温度

3、梯度；⑥在肋片根部不存在接触热阻；⑦肋片根部温度均匀且为常数；⑧肋片内部无热源；⑨忽略肋端面和侧面的对流换热。肋片效率肋片实际散热量与理想情况（即假定肋片材料的导热系数为无限大，肋片上任一点温度均等于肋根温度）下散热量之比流体流过肋片散热器时热阻为仅考虑了流体流过肋片表面的热阻，而未考虑肋片根部基壁表面对传热的影响。肋片表面效率有效传热面积与总传热面积之比带肋片壁面换热热阻为包含了流体对肋片表面的对流传热热阻及肋片的导热热阻，后者反映在表面效率上。m值的意义肋片材料和流体物性的函数为横截面周长，为横截面面积肋片散热器(heatsinks)的优化肋片参数

4、的优化随着肋片高度的增加，肋片的散热量必定增加？剖面型线剖面面积系数最佳关系表面效率最佳条件剖面面积最佳肋根厚最佳肋高11.4190.6270.500.6320.7980.51.3090.5940.3470.8280.8420.331.4140.5020.3331.01.0散热器的基板厚度优选不同风速下散热器齿间距选择方法不同翅片厚度下散热器齿间距选择方法Tj=73.5CTj=70.8CTj=68.1CTj=67.1C0.5”x0.6”x0.5”0.5”x1.5”x0.5”1.5”x0.6”x0.5”0.5”x0.6”x1.5”宽度加倍，散热能力加倍f

5、in的长度加倍，散热能力为1.4倍Tj=64.0CTj=63.7C1.5”x1.5”x1.6”2.0”x2.0”x1.6”Tj=73.5CTj=70.8CTj=68.1CTj=67.1CTj=64.0CTj=63.7CAluminumCopper1.5”x1.5”x1.6”1.5”x1.5”x1.6”优化软件Cool-CAT,afreeheatsinkdesignsoftwarefromAAVID,Inc.Qfin,distributedbyAppliedThermalTechnologiesCool-CAT需要输入的参数有散热器的尺寸fin的数目和厚

6、度散热器的高度芯片的功耗平均气流速度输出有fin数目变化时散热器的效率散热器的总体热阻肋片散热器(heatsinks)的选择与设计Toselectaheatsinkforagivenapplication,wemustconsiderfourthings:针对给定的应用选择散热器，我们必须考虑以下四点：Theoverallthermalresistancefromjunctiontoair,Rja从结点到空气的热阻Theavailablespace允许空间Theamountofairflowavailable可能的空气流量Costoftheheatsi

7、nk散热器的成本Theoverallthermalresistanceisdefinedas:整体的热阻为：Rja=(Tj-Tamb)/P=Rjc+Rcs+Rsa通常Rja随着下列因素提高而降低：heatsinksize散热器的尺寸fin数目airvelocityaroundtheheatsink散热器周围空气流速对于给定的散热器，Rja随着气流速度提高而降低，到了一定程度，Rja降低量可以忽略不计，原因是边界层已完全形成。HeatSinkResistance散热器的热阻对通风条件较好的场合：散热器表面的热流密度小于0.039W/cm2，可采用自然风冷

8、。对通风条件较恶劣的场合：散热器表面的热流密度小于0.024W/cm2，可采用自然风冷。对通风