電源適配器熱設(shè)計(jì)的層次

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電源適配器熱設(shè)計(jì)的層次

所謂熱設(shè)計(jì)就是把電子設(shè)備輸入的熱量降至較低，并提高散熱效果，把電子設(shè)備內(nèi)部有害的熱量排出到電子設(shè)備外部的環(huán)境中，獲得合適的工作溫度，使其不超過(guò)可靠性規(guī)定的限值，確保設(shè)備可靠、安全的工作。電子設(shè)備的熱設(shè)計(jì)可分為3個(gè)層次。
（1）電子設(shè)備機(jī)箱、機(jī)框及方腔等的系統(tǒng)級(jí)別的熱設(shè)計(jì)，即系統(tǒng)級(jí)（systems）熱設(shè)計(jì)。
（2）電子模塊、散熱器、PCB級(jí)別的熱設(shè)計(jì)，即封裝級(jí)（packages）熱設(shè)計(jì)。
（3）元器件級(jí)別的熱設(shè)計(jì)，即組件級(jí)（components）熱設(shè)計(jì)。
系統(tǒng)級(jí)熱設(shè)計(jì)主要研究電子設(shè)備所處環(huán)境的溫度對(duì)其影響，環(huán)境溫度是系統(tǒng)級(jí)熱設(shè)計(jì)的重要邊界條件。系統(tǒng)級(jí)熱設(shè)計(jì)是采取措施控制環(huán)境溫度，使電子設(shè)備在適宜的溫度環(huán)境下進(jìn)行工作。
系統(tǒng)級(jí)制造商所面對(duì)的較大問(wèn)題就是研發(fā)一種散熱效率高的機(jī)箱、機(jī)框及方腔，以使熱量可以迅速地導(dǎo)入至環(huán)境中。每一種電子設(shè)備的設(shè)計(jì)考慮都是不同的，并且需要清楚地了解電子設(shè)備性能和所受的尺寸限制。例如，在金屬塊和PCB墊片間必須進(jìn)行可靠和有效的連接。通常，熱量通過(guò)PCB上的熱過(guò)孔到達(dá)另一層的銅塊上，之后，熱量再通過(guò)導(dǎo)熱的方式進(jìn)入外殼或外部散熱器中。
當(dāng)一個(gè)外殼內(nèi)需要去除大量的熱時(shí)，需要一個(gè)外部散熱器，外部散熱器擴(kuò)展了換熱表面，便于熱量進(jìn)入空氣中。散熱器常用的材料是鋁或銅。由于散熱器和空氣之間為對(duì)流換熱，所以有必要對(duì)散熱器的幾何外形進(jìn)行優(yōu)化。優(yōu)化設(shè)計(jì)必須考慮散熱器周?chē)目諝饬鲃?dòng)情況，而這一區(qū)域的空氣流動(dòng)又受到散熱器的影響，這是散熱器優(yōu)化設(shè)計(jì)所要面對(duì)的挑戰(zhàn)。散熱器的性能取決于材料、翅片數(shù)、翅片厚度和基板厚度等參數(shù)。銅材料具有很高的熱導(dǎo)率，但相同體積下鋁的質(zhì)量更輕，同時(shí)價(jià)格也更便宜。例如，在一些PCB中通過(guò)使用一些基板來(lái)提升傳熱能力，這些基板使用陶瓷或覆有銅、鋁或其他材料。
封裝級(jí)熱設(shè)計(jì)在國(guó)外發(fā)展較為成熟，出現(xiàn)了電子元器件封裝專(zhuān)業(yè)。封裝級(jí)熱設(shè)計(jì)與設(shè)備的電路設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)密切相關(guān)。對(duì)PCB基材進(jìn)行適當(dāng)選擇是封裝級(jí)熱設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。覆銅箔層壓板的種類(lèi)和特性是PCB設(shè)計(jì)和制造工藝人員所關(guān)心的項(xiàng)目，除了一般要求的強(qiáng)度、絕緣、介質(zhì)系數(shù)等外，對(duì)覆銅板的熱性能有特殊要求。覆銅板的熱性能有兩個(gè)方面的內(nèi)容。

（1）覆銅板的耐溫特性。環(huán)氧玻璃布覆銅箔層壓板具有優(yōu)良的電性能和化學(xué)穩(wěn)定性，工作溫度為-230℃～260℃。聚酰亞胺覆銅箔層壓板，除上述優(yōu)良性能外，還具有介電系數(shù)小、信號(hào)傳輸延遲小的特點(diǎn)。
（2）覆銅板的導(dǎo)熱性能。選用耐高溫、導(dǎo)熱系數(shù)高的材料來(lái)作為PCB的材料。在相同的條件下，環(huán)氧玻璃布層壓板圖形導(dǎo)線溫度升高可達(dá)40℃，而金屬芯PCB圖形導(dǎo)線溫度升高不到20℃，因而金屬芯PCB在電子設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用。
電子設(shè)備各個(gè)部件是由各種不同材料的元器件組成的，如硅芯片、氧化硅絕緣膜、鋁互連線、金屬引線框架和塑料封裝外殼等。這些材料的熱膨脹系數(shù)各不相同，一旦遇到溫度變化，就會(huì)在不同材料的交界面上產(chǎn)生壓縮或拉伸應(yīng)力，因此就產(chǎn)生了熱不匹配應(yīng)力，簡(jiǎn)稱熱應(yīng)力。材料熱性質(zhì)不匹配是產(chǎn)生熱應(yīng)力的內(nèi)因，而溫度變化是產(chǎn)生熱應(yīng)力的外因。

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