智能手机热对策与热设计_佟刚VIP专享VIP免费

第三部分设计与实现1132012年11月增刊智能手机热对策与热设计智能手机热对策与热设计佟刚何士伟佟刚何士伟TCL通信科技TCL通信科技【摘要】文章介绍了热传递三种方式传导、对流、辐射，研究了热阻、热对策与热设计。【关键词】传导对流辐射热阻1传导、对流、辐射1.1传导Q=λA(Th-Tc)/δ（1）其中：A为与热量传递方向垂直的面积，单位为m2；Th与Tc分别为高温与低温面的温度，单位为℃；δ为两个面之间的距离，单位为m。λ为材料的导热系数，单位为W/(m*℃)。导电布在70℃以下有导热效果，导电胶在125℃以下有导热效果。电脑、汽车用铝制散热片，手机由于空间限制用石墨片和铜箔散热。铜、铝、石墨导热系数高，但散热器与器件之间存在间隙，影响散热性能见下图。为了降低界面热阻，出现导热界面材料。界面材料根据特点大致分为几类：金属材料，如Sn/Pb焊料等；导热（硅）脂类、导热硅橡胶类，如导热垫等；胶水类，如315胶等；导热粘性模（带）类；相变导热材料类；导热绝缘垫等。为了获得好的导热性能需要一定的力，导热脂或导热胶一般厚度0.1～0.15mm。1.2对流Q=hA(Tw-Tair)（2）其中，A为热量传递方向面积，单位为m2；Tw与Tair分别为散热物体与流体的温度，单位为℃；h是对流换热系数。h的物理意义是：当流体与固体表面之间的温度差为1K时，1m*1m壁面面积在每秒所能传递的热量。h的大小反映对流换热的强弱。影响对流传热强弱的主要因素有：（1）对流运动成因和流动状态；（2）流体的物理性质（随种类、温度和压力而变化）；（3）传热表面的形状、尺寸和相对位置；（4）流体有无相变（如气态与液态之间的转化）。空气自然对流：5～25表1常用物体导热系数（单位：W/(m*℃)）金刚石人造石墨石墨铜铝硅砷化镓钢不锈钢空气水蒸气FR4水pc玻璃2300700～17504504012371504636～54170.01～0.040.0230.30.60.21表2填充导热材料导热系数（单位：W/(m*℃)）硅酮导热胶导热硅脂导热垫（国内）导热垫（富士、贝格斯）导电布导电胶环氧树脂0.8～3.00.8～3.01～51～122.0（100）0.8～1.00.3第三部分设计与实现1142012年11月增刊气体强制对流：20～100水的自然对流：200～1000水的强制对流：1000～1500油类的强制对流：50～1500水蒸气的冷凝：5000～15000有机蒸汽的冷凝：500～2000水的沸腾：2500～25000对流分自然对流和强制对流，手机属于自然对流，电脑为强制对流。40℃的空气密度为1.128kg/m3，60℃的空气密度为1.060kg/m3。1.3辐射辐射是通过可见光和不可见光将能量发射或接收的热交换形式。物体的辐射力计算公式为：E＝5.67e-8ΕT4（3）物体表面之间的热辐射计算是极为复杂的，其中最简单的两个面积相同且正对着的表面间的辐射换热量计算公式为：Q＝A*5.67e-8(1/εh+1/εc-1)*(Th4–Tc4)（4）其中，T指的是物体的绝对温度值＝摄氏温度值＋273.15；ε是表面的黑度或发射率，该值取决于物质种类、表面温度和表面状况，与外界条件无关，也与颜色无关。到达该物体表面的热辐射的能量完全被吸收，此物体称为绝对黑体，简称黑体；到达该物体表面的热辐射的能量全部被反射；当这种反射是规则的，此物体称为镜体；如果是乱反射，则称为绝对白体。实际上物体温度低于1800℃时，有意义的热辐射波长位于0.38～100μm之间，且大部分能量位于红外波段0.76～20μm范围内，在可见光波段内，热辐射能量比重并不大。1.4热阻热量传递过程中，温度差是动力，换热量是被传递的量，因而式（1）、（2）中的分母可以用电学中的电阻概念来理解成导热过程的阻力，称为热阻（thermalresistance），单位为℃/W，其物理意义就是传递1W的热量需要多少度温差。在热设计中将热阻标记为R或θ，δ/(λA)是导热热阻，1/hA是对流换热热阻。2热对策手机或其它设备工作状态要么达到热平衡；要么过热设备损坏；要么非工作状态。工作状态热平衡或非平衡状态温度有上升或下降，而事后采取散热措施称热对策。手机空间狭小，并要求过粉尘、跌落、静电等实验，密封性好，目前没有强制对流方法，根据式（4），改变导热系数、增加散热面积、改变物体黑度是热对策有效方法。散热是将局部热量尽量均匀扩散到整个机构内部，并通过热辐射和对流交...