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電源適配器熱設計的層次

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電源適配器熱設計的層次

所謂熱設計就是把電子設備輸入的熱量降至最低，并提高散熱效果，把電子設備內部有害的熱量排出到電子設備外部的環(huán)境中，獲得合適的工作溫度，使其不超過可靠性規(guī)定的限值，確保設備可靠、安全的工作。電子設備的熱設計可分為3個層次。
（1）電子設備機箱、機框及方腔等的系統(tǒng)級別的熱設計，即系統(tǒng)級（systems）熱設計。
（2）電子模塊、散熱器、PCB級別的熱設計，即封裝級（packages）熱設計。
（3）元器件級別的熱設計，即組件級（components）熱設計。
系統(tǒng)級熱設計主要研究電子設備所處環(huán)境的溫度對其影響，環(huán)境溫度是系統(tǒng)級熱設計的重要邊界條件。系統(tǒng)級熱設計是采取措施控制環(huán)境溫度，使電子設備在適宜的溫度環(huán)境下進行工作。
系統(tǒng)級制造商所面對的最大問題就是研發(fā)一種散熱效率高的機箱、機框及方腔，以使熱量可以迅速地導入至環(huán)境中。每一種電子設備的設計考慮都是不同的，并且需要清楚地了解電子設備性能和所受的尺寸限制。例如，在金屬塊和PCB墊片間必須進行可靠和有效的連接。通常，熱量通過PCB上的熱過孔到達另一層的銅塊上，之后，熱量再通過導熱的方式進入外殼或外部散熱器中。
當一個外殼內需要去除大量的熱時，需要一個外部散熱器，外部散熱器擴展了換熱表面，便于熱量進入空氣中。散熱器常用的材料是鋁或銅。由于散熱器和空氣之間為對流換熱，所以有必要對散熱器的幾何外形進行優(yōu)化。優(yōu)化設計必須考慮散熱器周圍的空氣流動情況，而這一區(qū)域的空氣流動又受到散熱器的影響，這是散熱器優(yōu)化設計所要面對的挑戰(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率，但相同體積下鋁的質量更輕，同時價格也更便宜。例如，在一些PCB中通過使用一些基板來提升傳熱能力，這些基板使用陶瓷或覆有銅、鋁或其他材料。
封裝級熱設計在國外發(fā)展較為成熟，出現(xiàn)了電子元器件封裝專業(yè)。封裝級熱設計與設備的電路設計、結構設計密切相關。對PCB基材進行適當選擇是封裝級熱設計的重要內容。覆銅箔層壓板的種類和特性是PCB設計和制造工藝人員所關心的項目，除了一般要求的強度、絕緣、介質系數(shù)等外，對覆銅板的熱性能有特殊要求。覆銅板的熱性能有兩個方面的內容。

（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、信號傳輸延遲小的特點。
（2）覆銅板的導熱性能。選用耐高溫、導熱系數(shù)高的材料來作為PCB的材料。在相同的條件下，環(huán)氧玻璃布層壓板圖形導線溫度升高可達40℃，而金屬芯PCB圖形導線溫度升高不到20℃，因而金屬芯PCB在電子設備中得到了廣泛的應用。
電子設備各個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，就會在不同材料的交界面上產生壓縮或拉伸應力，因此就產生了熱不匹配應力，簡稱熱應力。材料熱性質不匹配是產生熱應力的內因，而溫度變化是產生熱應力的外因。

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| 發(fā)布時間：2019.05.30    來源：電源適配器廠家
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