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散热基本原理及N种方式！

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散热原理：

传导散热是指热源的热量直接传导或通过与其接触的导热介质以达到散热的一种方式。

例如CPU散热，通过导热硅胶垫片贴合CPU和散热模组，从而把CPU的热量更快地传递到散热模组，降低CPU温度。

辐射散热将机体的热量以热射线的形式散发给周围温度较低的物体，即散发于低温空气中，称为辐射散热。这是安静状态下的主要散热方式，受环境温度的影响。

例如CPU散热，CPU通过导热硅胶垫片把热量传递给了散热模组，散热模组再通过辐射散热的方式把热量带到温度相对低空气当中。

对流散热通过空气的流动来达到散发热量的一种散热方式。

例如电脑中的散热风扇,将电脑中的热量吹出去并带来冷空气，增加空气的流动以到达更好散热的目的。

蒸发散热水分因高温汽化时带走热量而达到散热的一种方式。

例如人流汗,汗液蒸发时从皮肤吸热,保持体温不致升高

散热方式：

散热片

散热片是一种给电器中的易发热电子元件散热的装置，多由铝合金、黄铜或青铜做成板状、片状和多片状等。

散热片担负着将发热物体产生的热量散失到周围空气中的使命，是风冷散热器中的热量传导信道，其主要作用：

吸热：吸收体积、面积较小的发热物体的热量，令其不致因热量堆积而温度急剧升高，导致各种不希望看到的后果；
导热：将吸收的热量在内部传导到散热片的各个部分，充分利用较大的热容量与表面积；
散热：通过表面的各种热交换途径（主要是热对流）将热量散失到空气之中（可配合风扇进行强制对流）。

三种主要作用互相配合，形成一套完整的散热途径。其中任何一种作用无法发挥，或未完全发挥，都可能导致散热性能的大幅降低，甚至完全丧失。

▲铜散热片

▲各式各样的散热片

▲散热片的热分析

▲魅族手机的铜片散热

▲电脑主板上的散热片

热管

热管是一种具有极高导热性能的新型传热元件，它通过在全封闭真空管内的液体的蒸发与凝结来传递热量，它利用毛吸作用等流体原理，起到良好的制冷效果。

热管一端为蒸发端，另一端为冷凝端。当热管一端受热时，毛细管中的液体迅速蒸发，蒸气在微小的压力下流向另一端，重新凝结成液体，并释放出热量。液体再依靠毛细力的作用流回蒸发端，如此循环不止。

热量由热管的一端传到另一端，这种循环是快速进行的，热量可以源源不断的传导开来。

▲热管散热的工作原理

▲热管剖面

热管具有极高的导热性、良好的等温性、冷热两侧的传热面积可任意改变、可远距离传热、温度可控制等特点。将热管散热器的基板与晶闸管、igbt、igc等大功率电力电子器件的管芯紧密接触，可直接将管芯的热量快速导出。

热管的导热系数很高，为一般金属材料的数百倍乃至上千倍。它可将大量热量通过很小的截面积远距离地传输而无需外加动力。

▲热管的导热能力超过任何金属

▲三星Galaxy S7使用热管散热

▲LG手机使用热管散热

▲华为Mate 20使用热管散热

▲热管应用于灯具中

▲热管应用于台式电脑CPU散热器

▲热管应用于笔记本电脑

导热界面材料

导热界面材料（Thermal Interface Materials，TIM），也叫界面导热材料，是一种普遍用于IC封装和电子散热的材料，主要用于填补两种材料接合或接触时产生的微空隙和表面凹凸不平的孔洞，减少传热热阻，提高散热性能。

在微电子材料表面和散热器之间存在极细微的凹凸不平的空隙，如果将它们直接安装在一起，它们间的实际接触面积只有散热器底座面积10%，其余均为空气间隙。

因为空气热导率只有0.024W/(m·K)，是热的不良导体，将导致电子元件与散热器间的接触热阻非常大，严重阻碍了热量的传导，最终造成散热器的效能低下。

使用具有高导热性的导热界面材料填充满这些间隙，排除其中的空气，在电子元件和散热器间建立有效的热传导通道，可以大幅度降低接触热阻，使散热器的作用得到充分地发挥。导热界面材料在热管理中起到了十分关键的作用。

▲导热界面材料减小接触热阻

导热界面材料包括:

▲导热硅胶片

▲导热硅脂

▲导热界面材料的各种应用

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来源：CAE之家

电力电子材料控制

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首次发布时间：2023-10-14

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硕士 | CAE仿真负责人个人著作《汽车NVH一本通》

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