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芯片散热盘算器

凭证散热片有用面积(平方厘米)预算温升系数(摄氏度/瓦)

公式: ℃/W = 50 / Sqrt(Area cm2 )

 
Area[A] (cm2)
有用面积
℃/W ( 温升系数)

凭证已知温升盘算散热片的最小有用散热双方面积

公式: Area [A](cm2) = (50/(℃/W) )2

℃/W (温升系数)
有用面积
Area[A] (cm2)

芯片散热知识

一,热阻

    硅质料:硅具有优良的半导体电学性子。禁带宽度适中,为1.21电子伏。载流子迁徙率较高,电子迁徙率为1350平方厘米/伏 .秒,空穴迁徙率为480平方厘米/伏 .秒。本征电阻率在室温(300K)下高达2.3×10的5次方 欧 .厘米,搀杂後电阻率可控制在10的4次方~10的负4次方 欧 .厘米的宽年夜规模内,能知足制造种种器件的须要。硅单晶的非平衡多数载流子寿命较长,在几十微秒至1毫秒之间。热导率较年夜,化学性子稳固,又易于组成稳固 的热氧化膜。在平面型硅器件制造中可以用氧化膜完成PN结外面钝化和掩护,还可以组成金属氧化物半导体结构,制造MOS型场效应晶体管和集成电路。上述性 质使PN结具有优胜特点,使硅器件具有耐高压,反向泄电流小,效力高,应用寿命长,可靠性好,热传导好等优点。

    在电脑中我们经常看到MOS器件,那么甚么是MOS器件呢?

    MOS的全文是:Metal Oxide Semiconductor 金属氧化物半导体。用氧化膜硅质料制造的场效应晶体管,就叫做MOS型场效应晶体管,既:金属氧化物场效应晶体管。

    在夏日,当我们把手放在一块木板和放在一块铁板上时,就会感应到铁板比木板凉,铁板越年夜,接触的越紧,越以为凉。这诠释铁板比木板的散热才干好,而且散热才干与面积,体积,几何形状,和接触面的慎密水平都有关系。

    在电脑使命时,芯片晶体管PN结的消耗(任何集成电路芯片都是由N个晶体管组成)发生了温升Ti,它是经由历程管芯与外壳之间的热阻Rri,无散热片时元件外 壳和周围情形之间的热阻Rrb,元件与散热片之间的热阻Rrc和散热片与周围情形之间的热阻Rrf这四种渠道将热量传走,使温差能够切合元件正常运转的要 求。

   由于热的传导以流过Rri,Rrc和Rrf三个热阻为主,是以总热阻Rrz可以用下式来体现:

   Rrz=Rri+Rrc+Rrf

    因此当芯片的允许温升和功耗都曾经一定了以后,便可定出须要的总热阻Rrz,再从下式中决议散热器的尺寸,这就是我要简介热阻的目的和它的应用。

    热阻Rr是从芯片的管芯经外壳,接触面,散热片到周围空气的总热阻Rrz,是以可有下式盘算得知。

    Ti-Ta=Pc(Rti+Rrc+Rrf)=Pc Rrz

    Rrz=(Ti-Ta)/Pc

    式中:Ti芯片允许的结温,Ta芯片情形周围的空气温度,Pc芯片的热源功率消耗

二,热导系数

    热导系数(又被称作“导热系数”或“导热率”)是反映质料热性能的主要物理量。热传导是热交流的三种(热传导,对流和辐射)基本形式之一,是工程热物理, 质料迷信,固态物理,动力,环保等各个研究领域的课题。质料的导热机理在很年夜水平上取决于它的微不雅不雅结构,热量的转达依附原子,分子围绕平衡职位的振动和 自在电子的迁徙。在导电金属中电子流起部署作用,在绝缘体和年夜部门半导体中则以晶格振动起主导作用。

    1882年法国迷信家傅里叶(J.Fourier)培植了热传导现实,现在种种丈量导热系数的措施都是培植在傅里叶热传导定律的基础上。当物体外部有温度 梯度存在时,就有热量从高温处转到达高温处,这类情形臂称为热传导。傅里叶指出,在dt时间内经由历程ds面积的热量dQ,正比于物体内的温度梯度,其比例系 数时导热系数,既:

              dQ/dt=-λ .dt/dx .ds

    式中dQ/dt为传热速率,dt/dx是与面积ds相垂直的偏向上的温度梯度,“-”号体现热量由高温区域传向高温区域,λ是热导系数,体现物体导热才干的年夜小。在式中λ的单元是W.m负1次方.K负1次方。

    关于各向异性质料,各个偏向的导热系数是不合的(经常应用张量来体现)。

    假定年夜家对上述的公式看不懂或不太明确(上述属于年夜学高等物理课程),下面我用浅易的语言表述热导系数。

    热导系数又称导热系数或导热率。表征物质热传导性能的物理量。设在物体外部垂直于导热偏向取两个相距1米,面积为1平方米的平行面,而这两个平面的温度相 差1度,则在1秒内从一个平面传导到此外一平面的热量就划定为该物质的热导率。其单元为:瓦/(米.摄氏度),原工程单元制中则为:千卡/(米.小时.摄氏 度),热导率的倒数称为导热热阻。其它条件稳固时,热导率愈年夜导热热阻就愈小,则导热量就愈年夜;反之则导热量就愈小。

    经由历程上述公式和界说可知:芯片散热要领是靠与芯片接触的基板(铜材或铝材)面积与机箱内的温差经由历程箱内的空气流散热的,这类散热量与基板面积成正比。当机 箱内温度到达一准时,也就掉落去了散热才干。要想把芯片披收回的热量排走,在老例下只能用强风。以是无风扇静音热管的散热要领,是弗成取的。

   另外凭证空气动力学原理(就不列公式了),机箱风扇的装配,风向必须不合,既:前入后出,组成一个风道,才干将箱体内的热量带走,起到散热的目的。

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