B体育平台热传递是一种普遍存在的现象,物体之间或同一物体的不同部分存在温差,热传递现象就会自然发生,能量发生转移直至温差接近消失。
热传递的基本方式包括热传导、热对流以及热辐射三种形式,并在实际的热传递过程中以主次关系的组合形式出现。因为篇幅原因,本篇暂时以电子设备中使用的 IC 和晶体管等半导体元器件为前提的热传导为例作为介绍。
热传导,指固液气体之间没有发生相对位移,无宏观运动,仅伴随分子、原子、以及自由电子等微观粒子运动,热量从温度高的地方向温度低的地方进行转移的现象。
在严格意义上,只有在固体中才是热传递,因为流体在静止状态下会存在温度梯度,温度梯度所造成的密度差会产生自然对流,因此,在流体中热对流与热传导是同时发生的。
针对近年电子设备的热传导需要,导热材料这一种新型工业材料被研发设计出来。在现实加工生产中不存在绝对平滑的平面,电子器件和散热器之间存在大量间隙以及肉眼难以观察到的凹槽,电子材料与散热器之间的实际接触面积只有散热器底座面积的10%-20%,其余均为空气间隙。空气作为热的不良导体,会降低散热的效率。石墨烯、导热膏、导热硅脂等帮助增加接触面积,且导热系数高于空气的导热材料也就应运而生,帮助提升电子元器件的散热效率。
导热系数是指在稳定的传热条件下,1m厚的材料,两侧表面温差为1度(K,℃),在1秒内,通过1平方米面积传递的热量,用λ表示,单位为瓦/米·度,W/m·k(W/m·K,此处的K可用℃代替)。不同物质的导热系数各不相同,相同物质的导热系数与其结构、密度、湿度、温度、压力等因素有关。一般来说,固体的热导率是最大的,金属材料的导热能力都较为出色,应用也较为普遍。
如果单纯根据金属导热系数数值评定,导热能力最强的是银以及铜。但考虑造价成本、重量、质量等因素,在轻便化、高集成、发热量大的电子设备发展趋势下,铝合金的综合效果是最强的,目前电机设备上使用的散热器以及散热片材料多以铝合金制作。
与导热系数相关的另一个概念是热阻系数,热阻反映的是阻止热量传递的能力,表示大功率电子器件耗散的热流在传输过程中(通过一定的介质)所遇到的阻力,是一个表示热量传递难易程度的数值,常用希腊字母θ 或字母R表示,单位是℃/W。
其中,R为热阻,K为导热系数,d为材料厚度,由以上式子可知,热阻与导热系数之间呈现出明显的相关性,选择导热系数越大的材料作为散热介质,热阻值相应下降,导热能力也就越大。
从上述各公式可得,为减小热传导中的热阻值,可以通过采用高导热系数的介质、增大物体横截面机、减小传递长度等方式,提高散热效率。