疯狂小马一
范文一：影响热阻的很多因素
影响热阻的很多因素
高工LED 技术中心 发布时间：2010-08-16 15:11:00
关键词：
热阻(thermal resistance), 是物体对热量传导的阻碍效果。热阻的单位为℃/W,即物体持续传热功率 为1W 时, 导热路径两端的温差。LED 的热阻是指LED 点亮后, 热量传导稳定时, 芯片表面每1W 耗散,PN 结 点的温外与联机的支加或散热基板之间的温度差就是L ED 的热阻Rth 。热阻值一般常用θ或是R 表示, 其中Tj 为接面位置的温度,Tx 为热传到某点位置的温度,P 为汇入的发热功率。热阻大表示热不容易传递, 因此套件所产生的温度就比对高, 由热阻可以判断及预测套件的发热状况。℃/W数值越低, 表示芯片中的热量向外界传导越快。因此, 降低了芯片中PN 结的温度有利于LED 寿命的延长。
那么影响LED 组件热阻的主要因素有哪些呢? 如何降低LED 组件的热阻呢?
1、LED 芯片 架构与原物料也是影响LED 热阻大小的因素之一, 减少LED 本身的热阻是先期条件;
2、不同导热系数的热沉材料, 如铜、铝等对于LED 热阻大小的影响也很大, 因此选取合适的热沉材料也是降低LED 组件热阻的方法之一。
3、即使用相同的热沉材料, 也和散热面积的大小有直接关系, 二次散热设计好, 面积大, 也就相应地降低了热阻, 这对LED 的发光效 率和寿命的延长有很大作用。
4、LED 芯片用导热胶还是与金属直接相连, 包括导热胶和金属的不同种料都会影响L ED 热阻的大小。要尽量减少LED 与二次散热机构装载接口 之间的热阻。
5、LED 组件的工作环境温度过高也会影响LED 组件的热阻大小, 尽量降低环境温度。
6、选用一定的材料与控制额定汇入功率等技术细节, 以提高LED 发光效率和延长LE D 寿命为前提, 处理好LED 的散热问题。
简单归纳, 我们必须要在LED 设计 时考虑到以下几点：
1、降低芯片的热阻。
2、优化热通道。
a 、通道架构：长度(L)越短越好; 面积(S)越大越好; 环节越少越好; 消除信道上的热传导瓶颈。
b 、通道材料的导热系数λ越大越好。
c 、改良封装制程, 令信道环节间的接口接触更紧密可靠。
3、强化电信道的导/散热功能。
4、选用导/散热效能更高的出光通道材料。
范文二：真空低温下接触表面对接触热阻的影响
真空低温下接触表面对接触热阻的影响
3徐 烈 张 涛 熊 炜 杨 军 徐佳梅
() 上海交通大学 ,上海 200030
3 ( ) 上海金狮亚洲投资咨询有限公司 ,上海 201705
() 收稿日期 1997 - 12 - 23
THE EFFECT OF CO NTACT INTERFACES O N THERMAL CO NTACT
RESISTA NCE AT LOW TEMPERATURE A ND VACUUM
Xu L ie Zhang Tao Xiong Wei Yang Jun Xu Jia mei
( Shangha i Jiaotong Un iversity , Shangha i 200030)
3 ( Shangha i Jinshi Asia Investment consultation Ltd. Co. , Shangha i 201705)
Abstract :Theorical model of relatio ns bet ween t he surface and interface co ntact t hermal co ntact re2
sistance are int roduced o n t he basis of observatio n result s of t he co ntact interface. The effecting of so me
associated parameters to t hermal co ntact resistance is obtained f ro m experiment s.
Key words :Thermal co ntact resistance , Cryogenics , Vacuum.
摘 要 :通过接触表面的形貌分析 ,建立了表面形貌和界面接触热阻的理论模型 。通过实验
得出了有关参数对接触热阻的影响关系 。
关键词 :接触热阻 、低温 、真空 。
分类号 : TB61 、TB71 、O4821 。
( ) 当前众多的高技术应用中 ,经常涉及到小冷量 mW 级电子器件的冷却与加热 、高能热流
密度的冷却 、高效绝热结构的安置等应用场合 。而这些场合大多处在高真空和低温的情况下 ,它们的冷却或绝热效果主要涉及到固体界面的接触热阻 。如卫星上探测器的红外元件的冷
() 却 ,辐射制冷器与探测元件之间的热耦合 ,杜瓦 或制冷机与负载的耦合等都是通过固体接触 导热实现的 。又如 ,卫星用“接触”式热交换器 ,就是通过这种“接触”换热将热量传出 。未来的 空间站将有类似结构将高达 100 k W 热量传出 。对一些高效绝热设备 ,又要求增大其接触热 阻 。而影响接触热阻的因素又众多 ,如表面性质和状态 、接触温度 、接触压力 、连接方式等 。它 们的不确定性给接触热阻的分析和计算带来困难 。因此 ,对于众多的高技术应用中 ,接触热阻
( ) 的研究有着非常重要意义 。国外对流体与固体界面的接触热阻 又称卡皮查热阻研究较多 ,而对于两固体界面间的接触热阻研究尚不多见 。国内有关固体界面间的接触热阻的论文不 多 ,特别是在低温真空的条件下 ,对于这类接触热阻的研究更是甚少 。以往的研究没有与表面
1 ,2 分析与表面形貌相结合,故不能很好地与实验结果相符 。
1 表面形貌分析和表面形貌模型
即便是非常光滑的表面 ,由于加工过程中表面层的熵增或表面流动 ,会形成一系列不同幅
度和频率的凹击面 ,它导致了固体间的不完全接触 。表面凹击面的分布很大程度上取决于加
真空与低温 第 4 卷第 1 期 2
工的方法和材料本身的性质 。在实际工作中 ,常用电子干涉或反射显微技术的光学测量方法 以及测量表面轮廓等机械测量方法来测量微观表面的几何特性 。可以用两个参数之一来确定 表面结构 ,即用表面粗糙度的中线帄均高度和均方根高度来描述 。
从统计学观点看 ,表面结构可用其轮廓高度的分布函数来描述+ ?
( ) Ψ ( ) ( )F z = ?z d z1 - ?
式中 , z 为量自中线的轮廓高度 ; Ψ ( z ) 为轮廓高度分布的概率密度函数 。
一些研究发现 , 许多表面轮廓高度是高斯正态分布 , 如图 1 所示 。其高斯分布曲线或其密
度函数可以表示为
2 2 ( )Ψ ( ) Ψ( ) ( ζ )2 z = z exp z / 2 0
由此可见 , 表面轮廓形状是一个随机的现象 , 很难建立一个适用于普遍有效的真空表面的
( ) 模型 。然而 , 目前借助用于摩擦研究的 GM Greenwoo d 和 Millamso n模型来分析两固体界面
Ψ( ) ζ的微观真空接触表面 。z 为标准高斯分布函数 ,为均方差 。如图 2 所示 , 击起顶部帄均 0
( ) ζ高度处在帄均表面上部 z 处 , 其标准偏移为 , 则其击起高度的概率密度 f z 为 ss s
1/ 2 2 2 ( )( ) ( ζ) ζ( π)3 f z = exp - z / 2/ 2 s s s s
( ) ( )那么 , 高度分布在 z , z + d z 之间的概率为 f z s s s s
d z , 而击起高度大于 d 的概率为 s - ?
( ) ( ) ( )4 P z > d= ?f z d z s s sd
虽然这一积分不能以简单函数表示 , 但有关高斯分
( ) 布的概率已有列表 , 故式 4可写为- ?
( )( ) ( ) ( ζ)Ψ5 P z > d = ?x d x = Fd/ 0 0 s s ζd/ s
如果已知击峰高度 D, 则实际发生接触的击起数 s u m
n 为
( )( ζ)6 n = DFd / 0 s u m s
从上述推导中可以看出 GM 模型包含三个参量 :击
ζ起部分的曲率半径 R 、、D。 s u m s
2 粗糙表面的表面接触热模型
图 1 呈正态分布的表面轮廓高度 [ 3 ] 根据研究, 接触热阻的成因主要是由于在接触处
热流收缩而导致的 。由于实际粗糙表面相接触时存在许多小的微小接触面积 , 其大小和分布又相当复杂 。如图 3 所示 。
当一个粗糙表面与一个假设的理想帄坦表面相互挤压时 , 两表面的基准面互相靠近 。设 其帄均接触面与基准面的距离为 d , 假设距基准面的高度大于 d 的击起将发生接触 。其接触 面积 A 为 c
? A c( )( πσ ζ)π) ( ) ( 7 = ?R z - df z d z = RF d/ s s s s 1 s d D sm u
2 ? ( )exp - x / 2 Ψ( ζ) ( ) ( ζ) Ψ( ( )) 式中 , x = , F d / = ?x - d/ x d x 接触界面压力函数 s s 0 0 1/ 21 ζd/ ( π) s 2
徐 烈等 真空低温下接触表面对接触热阻的影响 3
[ 4 ] [ 5 ] 根据文献提出的固体表面压力关系式 , 文献给出了
4 1/ 23/ 2 x δ ER , 可以接触界面压力与整体位移的关系式 , F = 3 得出单个粗糙颗粒所乘受的帄均载荷为
x 1/ 2 3/ 2 d F 4 ( )δ = ( )8 E R F 3/ 2 ζD3 s u ms? d d x () ( ) Ψ ( ) 式中 , F= ?x - x d x ; E 为 x 方向的弹性3/ 2 ζ ζd/ ζ s ss
δd 。 模量 ;= z -s 图 2 表面高度分布和峰高度分布图
1 - 击峰高度分布 ; 2 - 表面高度分布
3 - 击峰方法帄面 ; 4 - 表面方法帄面
2 图 3 粗糙表面形貌概率分布图 , (a) 为文献值, ( b) 为实测值
1 - 帄均接触面与基准面之距离 ;2 - 帄均接触面 ;3 - 击峰基准面
则其接触热导 h 为
D s um 1/ 2 1/ 2h 1 ζζ ) ( ( )= 4 k R = 6 h D /Fd / 9 s i s u m s 1/ 2 i = 1 Ψ (ε) Ds u m
? 1/ 2 ( ζ) ( ζ) Ψ ( ) 式中 , Fd/ = ?x - d / x d x ;s s 1/ 2 ζd/ s
k 为材料热导率 ; Ψ (ε) 为轮廓高度分布的概率
(ε) 密度函数 为待定常数。从中可以看出 , 粗
糙表面的接触热导是一个与材料热导率 、弹性
模量 、压力 、表面粗糙度等有关的函数 。而粗糙
度是一个重要因数 , 它与表面形貌是一个随机
的分布函数 。要建立真实表面的普遍有效的模
型是很困难的 。在消化了几种表面模型的基础
上 , 推导了上述的方程式 , 并对形貌表面状态以
及对其接触热阻进行了测定 。
3 实测结果 图 4 铝试样在 135 K 时接触热阻与粗糙度的关系
(曲线 1 、2 、3 系在压力分别为 1 . 06 M Pa 、1 . 67 M Pa 、 实验结果列于图 4,图 6 。其中图 4 ,图 5 )2 . 86 M Pa 时作出的 是温度 135 K、210 K 时铝试样的接触热阻与粗
糙度的等压线 。图 6 是不锈钢材料的接触热阻与粗糙度的等压图 。从中可以得出如下的结
) ) 果 :1相同的粗糙度下 ,承受的压力增加 ,其两固体接触面间的接触热阻下降 ;2同种材料在相
) 同的粗糙度下 ,在高温区的接触热阻小 ;3随着粗糙度增加 ,其两固体接触面间的接触热阻增
) 大 ;4粗糙度与接触热阻的变化不成直线关系 。对于不锈钢材料 , 在 350 K 附近 , 在 2 . 856
真空与低温 第 4 卷第 1 期 4
μμM Pa 压力下 ,当粗糙度从 49 m 减小到 18 m 时 ,其接触热阻减少了 40 % ,而当粗糙度从 18 μμ m 减少到 2 m 时 ,接触热阻减小了近 80 % 。 可见 ,接触面的形貌特征是影响表面接触热导的重要因素 。而且 ,对于较小的表面粗糙度
3的接触面 ,通过改善其表面粗糙度能明显改变其热阻 。而在文献 , 中压力能改变接触热阻
实际上是通过改善接触状况来实现的 。
图 5 铝试样在 210 K 时接触热阻与粗糙度的关系 图 6 不锈钢试样在 350 K 时接触热阻与粗糙度的 ((曲线 1 、2 、3 系在压力分别为 1 . 06 M Pa 、1 . 67 M Pa 、 关系 曲线 1 、2 、3 、4 、5 系在压力分别为 1 . 06 M Pa 、
)2 . 86 M Pa 时作出的 1 . 36 M Pa 、1 . 67 M Pa 、2 . 04 M Pa 、2 . 86 M Pa 时作出
)的
参 考 文 献
1 So ng S. Experimental st udy and modeling of t hermal co ntact resistance across bolted joint s. Journal of
() Thermop hysics and Heat Transfer , 1994 ,8 1:159,163
Maddren J . Predicting t hermal co ntact resistance at cryogenic temperat ure for spacecraf t applicatio ns. Jour2 2 () nal of Spacrcraf t and Rocket s , 1995 ,32 3:469,474
() 徐烈 ,杨军 ,徐佳梅等 . 低温下固体表面接触热阻的研究. 低温与超导 ,1996 ,24 1:53,58 3 Greenwood J A. Thearea of co ntact bet ween rough surfaces and flat s. Trans. ASM E , Journal of L ubrica2 4 tio n Technology , 1967 ,89 F :81,91
() 霍林主编 美. 摩擦学原理 . 北京 :机械工业出版社 ,1981
5
作者简介 :徐烈 ,男 ,1965 年毕业于浙江大学 。现为上海交通大学动力与能源工程学院教 授 ,博士生导师 。主要从事低温技术方面的研究与教学工作 。负责与参与国家 、省 、市 、部委科 研项目 50 余项 ,多次获重大科技成果奖 ,发表论文 80 多篇 。
范文三：4个影响热阻的主要因素
4个影响热阻的主要因素 (2010-03-29 13:59:25)
转载
分类： led 知识类
标
签：
杂谈
获得更好散热的最重要的途径是降低半导体产品的热阻. 绝对热阻的因素如下详述.
热阻的计算方法与欧姆定律相同
热设计考虑了半导体产品的散热, 采用了" 热阻" 概念; 基于热量的传导可与电性传导方法相比较的事实.
在电性方面, 电压(电势差), 电流和电阻之间的关系可以由欧姆定律表达, 如下所示. 热阻可以使用和欧姆定律相似的方法计算, 通过用温度差代替电压, 热流代替电流以及热阻代替电阻的方式.
从上述表达中可以看出, 热阻表示热量消散的速度.
4个决定封装热阻的因素
封装的总热阻几乎全部由以下所决定:
1. 封装结构
2. 封装尺寸
3. 芯片尺寸
4. 空气流动率
每个因素对热阻的影响如下.
1. 封装结构
封装有不同类型, 每
种都有不同的热阻特 性(参考图). 诸如
ABGA 和FCBGA, 特有的
铜盖设计使得芯片直热阻根据封装结构而不同
接贴于导热膏上, 提
供了出色的热阻特
性.PGBA 的情况, 通
过采用4层基板代替2
层基板的方法降低热
阻, 并且可以通过直
接在热通孔下放置锡
球来进一步降低热
阻.
2. 封装尺寸
通常, 封装尺寸越大, 热阻就越低. 尤其对于ABGA 和TBGA 非常正确, 它们拥有一个铜盖提供了出色的热传导特性. 在较低热传导性的封装情况如FPBGA 时, 热阻和封装尺寸之间的相关性较弱, 并且如果芯片尺寸相同的话, 不同尺寸的封装其热阻相差很小.
3. 芯片尺寸
硅的热传导性, 芯片的制作材料, 大约是封入树脂的100倍, 是封装基板的10倍; 因此, 芯片本身的表面区域对散热作出了巨大的贡献.
4. 空气流通率
空气流通率对封装本身的热传导性没有直接联系, 但是诸如通过采用风扇吹冷风的方法, 可以有效地带走封装表面或印刷线路版表面的热量从而降低了热阻.
范文四：换热设备污垢热阻的影响因素
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换热设备污垢热阻的影响因素
作者：周昊
来源：《数字化用户》2014年第02期
【摘 要】各种换热设备在生产过程中经常会遇到的一个问题就是污垢，换热设备结垢，会影响换热设备高效的运行，并对监测换热设备运行产生一定的影响。换热设备污垢热阻的影响因素有很多，本文主要研究的是入口温度对换热设备污垢热阻的影响。
【关键词】换热设备 污垢热阻 入口温度
一、前言
Someerscales将换热设备污垢作了一个定义：换热面上妨碍传热和增加流体流过换热面时的阻力的沉积物。当换热面上产生污垢以后，流体与换热面之间的传热热阻就会增加，这个后增加的传热热阻就是污垢热阻。污垢的形成是一个既包含物理变化，又包含化学变化的过程，因此，换热设备的污垢热阻的影响因素有很多，如温度、流体速度和流体特性等等，而且在运行过程中，上述参数还要随时间发生变化。本文重点研究了入口温度对换热器污垢热阻的影响。
二、温差监测法
污垢的温差表示法是生产现场常用的表示结垢程度的方法，这种监测方法方便、直观，它通过换热器工艺介质和冷却水进出口温差的变化来反映污垢沉积量的变化。温差监测法计算污垢热阻的公式为：
三、热流密度与入口温度的关系
由于在本实验装置中，管径、流速、定压比热容、密度、管长都是常数，所以热流密度只与温差有关。而出口温度相对稳定，所以，热流密度仅仅与入口温度有关，即入口温度增大，热流密度减小。
四、污垢表面温度与入口温度的关系
根据根据文献中的公式可得，可得：
五、结语
本文通过对温差监测法计算污垢热阻的公式进行分析，找出了入口温度是如何影响换热设备污垢热阻的。分析结果表明，入口温度与换热热备污垢热阻成反比关系，即随着入口温度的升高，污垢热阻值会随之降低，反之，随着入口温度的下降，污垢热阻值会上升。原因在于入
范文五：浅谈影响LED元件热阻的因素
浅谈影响LED 元件热阻的因素
热阻(thermal resistance)，是物体对热量传导的阻碍效果。热阻的单
位为℃/W，即物体持续传热功率为1W 时，导热路径两端的温差。 LED的热阻是指LED 点亮后，热量传导稳定时，芯片表面每1W 耗散，PN 结点的温外与连线的支加或散热基板之间的温度差就是LED 的热阻Rth 。热阻值一般常用θ或是R 表示，其中Tj 为接面位置的温度，Tx 为热传到某点位置的温度，P 为汇入的发热功率。热阻大表示热不容易传递，因此套件所产生的温度就比对高，由热阻可以判断及预测套件的发热状况。℃/W数值越低，表示芯片中的热量向外界传导越快。因此，降低了芯片中PN 结的温度有利于LED 寿命的延长。
那麽影响LED 元件热阻的主要因素有哪些呢？如何降低LED 元件的热阻呢？
1、 LED芯片架构与原物料也是影响LED 热阻大小的因素之一，减少LED 本身的热阻是先期条件；
2、不同导热系数的热沉材料，如铜、铝等对于LED 热阻大小的影响也很大，因此选取合适的热沉材料也是降低LED 元件热阻的方法之一。
3、即使用相同的热沉材料，也和散热面积的大小有直接关系，二次散热设计好，面积大，也就相应地降低了热阻，这对LED 的发光效率和寿命的延长有很大作用。
4、LED 芯片用导热胶还是与金属直接相连，包括导热胶和金属的不同种料都会影响LED 热阻的大校要尽量减少LED 与二次散热机构装载介面之间的热阻。
5、LED 元件的工作环境温度过高也会影响LED 元件的热阻大小，尽量降低环境温度。
6、选用一定的材料与控制额定汇入功率等技术细节，以提高LED 发光效率和延长LED 寿命为前提，处理好LED 的散热问题。
简单归纳，我们必须要在LED 设计时考虑到以下几点：
1、降低芯片的热阻。
2、最佳化热通道。
a 、通道架构：长度（L ）越短越好；面积（S ）越大越好；环节越少越好；消除通道上的热传导瓶颈。
b 、通道材料的导热系数λ越大越好。
c 、改良封装工艺，令通道环节间的介面接触更紧密可靠。
3、强化电通道的导/散热功能。
4、选用导/散热效能更高的出光通道材料。
