新型大功率LED电源散热设计方案

　　内部的芯片的散热方式是在芯片上涂导热硅脂，加散热器，通过散热风扇采用主动散热的方式。

　　借鉴很多户外通信产品的散热设计，多采用被动式散热方式，不使用散热风扇，能达到密封带来的好处：防尘、防潮。使用桶状散热铝槽

　　选用的铝槽规格是：

　　PCB板上有A、B两芯片需要做散热处理：

　　A芯片与散热铝槽内壁间距是3mm，B芯片与散热铝槽内壁间距是4mm，分别使用了T3.5x35x35mm、T4.5x20x20mm两片软性硅胶导热垫.分别垫在A、B芯片上。为对芯片有所保护，选择了软性硅胶导热垫中SPE1型号,软硬度是15度,压缩模量是可达30%

　　在软性硅胶导热片上再加一片不锈刚铝片：


　　最后就是组装了：

　　现在产品的散热问题得到了彻底的解决。原来的产品虽然有风扇，但热量始终是在产品内部交换。通过这种方式之后，热量由内而外被真正的导到了散热铝槽上，而且是在暴露在外部空气的对流中，所以得到了很好的散热效果。

　　另外,用散热铝槽做外壳,省了外客的费用，取代散热片，减少了散热风扇系统这一块，综合成本上降低了将近20%。

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　　软性硅胶导热垫的作用是很广泛的，因为同时具有良好的导热与绝缘的双重特性．

　　以下是一个网络产品的散热设计：

　　因为要加内置电源，先垫上两片软性硅胶导热垫:

　　再加上电源，将电源上的热量由内而外传递到金属外壳上,大大增加了散热面积,外界的通风更好,从而达到良好的散热效果.

　　当然，还有芯片需要散热：


　　垫一片０.5mm厚度双面背胶的导热硅胶片,加一"工"型散热器:

　　再加一片有一定厚度的硅胶导热垫，同时起到防震作用。

　　将盖板盖上，就能将热量传递到机壳上了！

　　很多通信产品的散热，是通过厚厚铝铸外壳，铝铸外壳的中间有一块或几块铝板隔成几层，不同的PCB板在铝板上下分布,首先将PCB板上的各类芯片或功率器件发出的热量通过加垫不同厚度的软性硅胶导热垫导到铝板上,再导到铝铸外客上.

　　但要注意铝板与铝铸外壳间的接触,直接影响热量的传递.


　　为了安装上的稳定性,现在采用的办法是:

　　我个人认为这样不是太好的办法,这使得铝板与铝铸外壳间的接触只有通过铜弹簧片那几点,导热面积非常有限,既铝板热量不能很畅通地传到铝铸外壳上.空气的导热系数是0.03w/m.k,软性硅胶导热材料的导热系数是2.45w/mk,比空气的导热能力强了很多,但铝的导热系数在340w/mk,这才是散热所在.不知哪位高手有好的建议，敬请提出来与大家分享!

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　　在研制设备设计为全密封式结构，内部热量首先通过热传导、对流换热和辐射换热传向机箱，再通过对流、辐射换热传到周围介质中，最后借助飞机本身的环控气流将热量带走。所以，热设计的主要任务就是把各模块产生的热量通过热阻小的路径迅速有效地传到密封机箱外部环境中去。其设计步骤如下：


　　首先，机箱模块和各结构件均采用重量较轻、导热性能好的铝合金制成，机箱内外表面涂覆黑色无光漆，以提高其导热和辐射换热的能力。

　　其次，对于各单元模块的印制板，为了提高其导热能力，采用导热条式散热印制板，即在元器件与印制板之间加入一层铜导热条。安装时将印制板上所有发热元器件跨接在导热条上，同时在元器件和导热条之间充填导热硅胶，以消除空气间隙，进一步减小元器件和导热条之间的接触热阻，使元器件产生的热量迅速传到导热条上。资料表明，涂导热硅胶(脂)可使接触热阻降低25%～35%，甚至更大。集成电路贴装在导热条上时按发热量的大小分别由外向内有规则地排列。

　　再次，将各单元模块用紧固件固定在支撑架上，支撑架与机箱模块之间用楔型导轨连接，这样，支撑架将各模块产生的热量通过热传导、辐射换热等传递到机箱模块上。这样，整个设备的传导散热路径为：元器件→导热条→印制板→支撑架→导轨→机箱→机箱周围空气冷却。由于楔型导轨采用了楔型锁紧装置，能产生较大机械应力，减小了两接触面之间的接触热阻，提高了热传导能力。资料表明，楔型导轨单位长度上的热阻分别为G型导轨的1/6，B型导轨的1/4，U型导轨的1/3。 设计中，我们注意到各单元模块中功放模块的功耗最大，是主要的发热单元，为了提高其散热能力，单独制作了带散热器的盒子(功放盒)，盒体外表面进行黑色无光泽导电阳极化处理，将选好的功放电路板及发热量大的芯片直接安装在盒体内侧，并将功放盒作为全密封式结构的一个部件安装在设备后侧，使其直接和周围介质进行热交换。


　　特别是在无风扇散热设计中，因软性硅胶导热片导热好，绝缘强，有一定的弹性，将芯片上的热量，利用软性硅胶导热片等一直导到产品外壳，通过金属外壳散热，使用很方便。

　　统计资料表明电子元器件温度每升高2度，可靠性下降10 %；温升50度时的寿命只有温升25度时的1/6。温度是影响设备可靠性最重要的因素。这就需要在技术上采取措施限制机箱及元器件的温升，这就是热设计。热设计的原则，一是减少发热量，即选用更优的控制方式和技术，如移相控制技术、同步整流技术等技术，另外就是选用低功耗的器件，减少发热器件的数目，加大粗印制线的宽度，提高电源的效率。二是加强散热，即利用传导、辐射、对流技术将热量转移.

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　　在做传导散热设计时,因选择主动散热还是选择被动散热,对导热材料的选择就会有很多不同.

　　导热材料分填缝导热材料和间隙导热材料.

　　缝隙导热材料厚度多在0.5mm下,间隙导热材料使用厚度在0.5mm以上.


　　其中填缝导热材料有:导热硅脂、导热云母片、导热陶瓷片、导热矽胶片、导热双面胶等。主要作用是填充发热功率器件与散热片之间的缝隙，通常看似很平的两个面,其实接触面积不到40%,又因为空气是不良导热体，导热系数是仅有0.03w/m.k,填充缝隙就是用导热材料填充缝隙间的空气.所以有散热设计工程师开玩笑说:在你的电脑的CPU与散热片间涂牙膏或许比使用导热硅脂都要好,如果你能涂的够薄够均匀的话!

　　间隙导热材料有导热硅胶垫、导热泡棉、导热橡胶片。

　　随着微电子技术的飞速发展，芯片的尺寸越来越小，同时运算速度越来越快，发热量也就越来越大，如英特尔处理器3.6G奔腾4终极版运行时产生的热量最大可达115W，这就对芯片的散热提出更高的要求。设计人员就必须采用先进的散热工艺和性能优异的散热材料来有效的带走热量，保证芯片在所能承受的最高温度以内正常工作。电子设备及终端外观越来越要求向薄小发展，电视从CRT发展到液晶平板电视，台式电脑到笔记本电脑，还有数字机顶盒，便携式CD等，散热设计就与传统的形式不同，因该类产品比较薄小。

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　　对这些外观扁平的产品而言，首先，从空间来说不能使用更多的散热铝片和风扇，从整体上说不允许加强冷式散热设计，不能使用对流形式(特别是通信户外设备)。同样辐射散热的方式在扁平的空间也难以做到。所以大家不约而同地都想到了利用机壳散热，其好处是不要考虑因风扇而另加风扇电源(风扇不转了怎么办?)，不会因风扇而引起的更多的灰尘，没有了因风扇而起的噪音。只要散热设计得当,完全可以达到散热要求.


　　有一液晶电视生产厂家,以前电视内置电源部分是使用风冷的散热方式,现分别在电源变压器、主芯片、功率管共有的散热片加垫T7x35x35mm、T4.5x15x20mm、T10x20x25mm三中不同厚度规格的软性硅胶导热垫将热量导到金属框架上，不再使用散热风扇了,达到了很好的散热目的。

　　软性硅胶导热垫工艺厚度从0.5mm~5mm不等,每0.5mm一加,即0.5mm　1mm　1.5mm　2mm一直到5mm,特殊要求可增至10mm,导热系数高达2.45w/mk,同时具有非常好的绝缘性能..阻燃防火性能符合U.L 94V-0 要求,并符合欧盟SGS环保认证，工作温度一般在-50℃～220℃,因此,是非常好的导热材料 .又其特别柔软，专门为利用间隙传递热量的设计方案生产,能够填充缝隙,完成发热部位与散热部位的热传递,增加导热面积,同时还起到减震 绝缘 密封等作用,能够满足社设备小型化 超薄化的设计要求,是极具工艺性和使用性的新材料.且厚度适用范围广，特别适用于汽车、显示器、计算机和电源等电子设备行业.