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导热方案怎么设计?要考虑哪些因素

发布日期:2021-12-20 11:09浏览次数:

  由于导热材料的有众多种类,所以在选择设计方案上也有众多导热方案,看导热材料适不适用自己的产品的话,可以从一下几个方面考虑:

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  不同材料的导热系数,差异还是很大的,比如空气是0.023,做导热垫片,凝胶等高分子材料大约在0.2左右,而作为导热材料填充物的陶瓷颗粒,如氧化铝,氮化硼等,大约有几十的导热系数,这样混合好以后,就几W的导热系数。另外现在有什么纳米碳铜等,导热系数可以到几百,人工石墨片,石墨烯等,水平方向上的导热系数可以到1500,甚至更高。

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 从上表看了不同材料的导热系数,不要以为导热系数越高就越好了,这是一个严重的误解,包括你将来对比导热产品的时候,不要盲目的只是比较导热系数。理清这个概念之前,我们需要知道一个热传导公式,这个才是设计导热的关键之一。

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 傅里叶导热公式,从这个公式,我们就可以理解,Q是需要传递的热量,热量传递越快越好,那么这取决于那些条件呢?一个就是K,导热系数,导热系数越高当然越好;A就是传热的面积,这好比是一个水管,水管越粗,当然放水也快,所以和热源接触越多,也越好散热,这也能让你明白,为什么要用石墨片或者均热板,就是让热量散开,增大散热面积,也可以让你明白,散热片为什么设计成鳍状,也是为了有更大的散热面积;然后温差大,传热也快,又是那个水管的例子,水管两边压差大,热量传的也快,包括最后一个参数L,就是和热量传递的距离成反比,肯定是距离越短,传的越快,这个很好理解,所以垫片,硅胶等,如果薄一点,就会散热好一点。

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  那么导热界面材料,越薄越好吗?当然也不是,我们真正衡量的是一个系统的热阻,而不是只是盯着材料的导热系数。所谓热阻,就像电阻一样,是材料或者系统阻止热量流动的能力,单位是℃-in2/W, 热阻是随着接触界面的情况,压力等等会变化的,甚至是动态变化的,它不同于导热系数,导热系数是材料固有特性,铜箔和铜块,形态不一样,但是导热系数是一样的,但是如果安装在产品里面,热阻就不一样了。再举个例子,比如使用导热垫片,虽然可能导热系数大家都标3W,但是由于硬度不一样,偏软的那个材料,和界面接触的更多,将空气排除的多,热阻就小,就有更好的导热效果。

  另外,我们还需要了解的知识,就是导热的产品要看XYZ三个方向的导热系数,甚至我们可以将导热材料分为两大类,一是垂直方向的,如导热硅脂,导热凝胶,导热垫片,导热胶带,相变材料,导热胶水,导热绝缘片等等,需要垂直方向的更快传热。

  另外一个就是更多的考虑平面方向的散热,如石墨片,铜铝箔,纳米碳铜,石墨烯,碳纳米管,热管,VC均热板等等。

  以上是一些基本的导热方面的性能,但是导热产品的形态很多,这就伴随了有其他更多的性能需要衡量。一般我们都会看导热系数或者热阻,甚至有专业的人士,还会看热容,就是材料每升高一度,材料所需要吸收的热量。


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  不同材料的导热系数,差异还是很大的,比如空气是0.023,做导热垫片,凝胶等高分子材料大约在0.2左右,而作为导热材料填充物的陶瓷颗粒,如氧化铝,氮化硼等,大约有几十的导热系数,这样混合好以后,就几W的导热系数。另外现在有什么纳米碳铜等,导热系数可以到几百,人工石墨片,石墨烯等,水平方向上的导热系数可以到1500,甚至更高。

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 从上表看了不同材料的导热系数,不要以为导热系数越高就越好了,这是一个严重的误解,包括你将来对比导热产品的时候,不要盲目的只是比较导热系数。理清这个概念之前,我们需要知道一个热传导公式,这个才是设计导热的关键之一。

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 傅里叶导热公式,从这个公式,我们就可以理解,Q是需要传递的热量,热量传递越快越好,那么这取决于那些条件呢?一个就是K,导热系数,导热系数越高当然越好;A就是传热的面积,这好比是一个水管,水管越粗,当然放水也快,所以和热源接触越多,也越好散热,这也能让你明白,为什么要用石墨片或者均热板,就是让热量散开,增大散热面积,也可以让你明白,散热片为什么设计成鳍状,也是为了有更大的散热面积;然后温差大,传热也快,又是那个水管的例子,水管两边压差大,热量传的也快,包括最后一个参数L,就是和热量传递的距离成反比,肯定是距离越短,传的越快,这个很好理解,所以垫片,硅胶等,如果薄一点,就会散热好一点。

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  那么导热界面材料,越薄越好吗?当然也不是,我们真正衡量的是一个系统的热阻,而不是只是盯着材料的导热系数。所谓热阻,就像电阻一样,是材料或者系统阻止热量流动的能力,单位是℃-in2/W, 热阻是随着接触界面的情况,压力等等会变化的,甚至是动态变化的,它不同于导热系数,导热系数是材料固有特性,铜箔和铜块,形态不一样,但是导热系数是一样的,但是如果安装在产品里面,热阻就不一样了。再举个例子,比如使用导热垫片,虽然可能导热系数大家都标3W,但是由于硬度不一样,偏软的那个材料,和界面接触的更多,将空气排除的多,热阻就小,就有更好的导热效果。

  另外,我们还需要了解的知识,就是导热的产品要看XYZ三个方向的导热系数,甚至我们可以将导热材料分为两大类,一是垂直方向的,如导热硅脂,导热凝胶,导热垫片,导热胶带,相变材料,导热胶水,导热绝缘片等等,需要垂直方向的更快传热。

  另外一个就是更多的考虑平面方向的散热,如石墨片,铜铝箔,纳米碳铜,石墨烯,碳纳米管,热管,VC均热板等等。

  以上是一些基本的导热方面的性能,但是导热产品的形态很多,这就伴随了有其他更多的性能需要衡量。一般我们都会看导热系数或者热阻,甚至有专业的人士,还会看热容,就是材料每升高一度,材料所需要吸收的热量。


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