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--- 设计:热设计:start [2024/10/26 10:26] – [电路板方向的影响] hwwiki
+++ 设计:热设计:start [2025/04/08 18:04] (当前版本) – [热辐射] hwwiki
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 即使无安全和可靠性问题，从用户体验的角度，温度过高也影响用户的使用感受，特别是对于用户直接接触的产品，如手机、手表、电脑等。
-热设计即采取降低损耗、和散热等措施，要保证电子元器件的温度不能超过此最大温度限值，半导体芯片即不能超过最大结温Tjmax（芯片的规格书会提供此数据）。
+热设计即采取降低损耗、和散热等措施，要保证电子元器件的温度不能超过此最大温度限值，半导体芯片即不能超过最大结温Tjmax（芯片的规格书会提供此数据）。同时让温度尽量均匀，尤其是外壳等用户直接接触的地方，以提升用户体验。
 对于整机的热设计，需要多部门、多人员合作，对于没有专门热设计岗位的公司，一般以硬件为主导。下图列出了每个部分的设计人员和热设计相关的工作，。
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 常见材料的热导率见下表，热导率也和温度和压强相关，详见[[https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_thermal_conductivities|Wikipedia：
-List of thermal conductivities]]，对于电子产品的工作温度-40~150℃，粗略仿真和计算可不考虑此影响。
+List of thermal conductivities]] ，对于电子产品的工作温度-40~150℃，粗略仿真和计算可不考虑此影响。
 静止空气的导热率很差，在热传导路径上，如果两个固体之间有空隙有空气，则需要加导热材料如导热硅胶垫、导热脂等，以便填充空隙，排出空气。
+屏蔽罩的材料有马口铁、不锈钢和洋白铜。不锈钢如304 316热导率为16.2W/(mK) [([[https://www.theworldmaterial.com/thermal-conductivity-of-stainless-steel/|Thermal Conductivity of Stainless Steel]])], 洋白铜 C7521的热导率为32W/(mK) [([[https://www.alloystrip.com/copper-based-alloy/cu-ni-zn-alloy/c7521-c7701-copper-nickel-alloy-strip-price.html|C7521 C7701 copper nickel alloy strip price]])]。马口铁的热导率则一般介于不锈钢和洋白铜之间。
 |名称  |热导率\\ W/(mK)  |名称  |热导率\\ W/(mK)  |
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-**热传导在线计算器**见[[https://www.wolframalpha.com/input?i=heat+conduction|WolframAlpha：heat conduction]]
+**热传导在线计算器**见[[https://www.wolframalpha.com/input?i=heat+conduction|WolframAlpha：heat conduction]]。
+估算参考：导热系数1W/(m.k)、面积10mmx10mm高度1mm，传导1W的热量，两边的温度差为10°。
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 ==== 热辐射 ====
-通过电磁波释放热能。任何高于绝对0度的物体，均会辐射能量。与通过分子传递热量的传导和对流的机理不同，即使在没有物体或流体的真空中也可以传递热量。
+通过电磁波释放热能。任何高于绝对0度的物体，均会辐射能量。
-物体温度低于1800℃时，有意义的热辐射波长位于0.38~100μm之间，且大部分能量位于红外波段0.76~20μm范围内，在可见光波段内，热辐射能量比重并不大。
+热辐射具有以下3个特点:
+  - 热辐射不依赖物体的接触而进行热量传递。并且热辐射是以电磁波的方式传输，所以热量的传递也不需要任何空间媒介，可以在真空中进行。
+  - 辐射换热过程伴随着能量形式的二次转化，即物体的部分内能转化为电磁波能发射出去，当此电磁波投射至另一物体表面而被吸收时，电磁波能又转化为内能。
+  - 一切物体只要其温度T>0K，都会不断地发射热射线。当物体间有温差时，高温物体辐射给低温物体的能量大于低温物体辐射给高温物体的能量,因此总的结果是高温物体把能量传递给低温物体。
+通常把波长0.1~100um范围的电磁波称为热射线，其中包括了可见光、部分紫外线和红外线。工程上所遇到的温度范围一般在2000K以下，热辐射的大部分能量位于红外线区段的0.76~20um，在可见光波段内，热辐射能量比重并不大。太阳辐射的主要能量集中在0.2~2um的波长范围，其中可见光区段占有很大比重。
+{{:设计:热设计:电磁波谱.png?800|}}
 温度越高，热辐射越强，在室温，自然对流的情况下，就必须要考虑热辐射对散热的影响了。
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 **热辐射在线计算器**见[[https://www.wolframalpha.com/input?i=thermal+radiation|WolframAlpha：thermal radiation]]
+估算参考下表：
+|  摄氏温度 \\ ℃  |  开尔文温度 \\ K  |热辐射能量Q\\ mW/cm2|
+|  0  |  273.15  |  31.56   |
+|  10  |  283.15  |  36.45   |
+|  20  |  293.15  |  41.87   |
+|  30  |  303.15  |  47.89   |
+|  40  |  313.15  |  54.52   |
+|  50  |  323.15  |  61.83   |
+|  60  |  333.15  |  69.85   |
+|  70  |  343.15  |  78.62   |
+|  80  |  353.15  |  88.19   |
+|  90  |  363.15  |  98.61   |
+|  100  |  373.15  |  109.93   |
+|  110  |  383.15  |  122.20   |
+|  120  |  393.15  |  135.46   |
+|  130  |  403.15  |  149.78   |
+|  140  |  413.15  |  165.20   |
+|  150  |  423.15  |  181.79   |
+|备注：黑体辐射，辐射系数1  |||
 ===== 散热路径 =====
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 [[https://mp.weixin.qq.com/s/x4oyndujI33qYY2YWO3a-g|硬十：热设计基础（中） 散热器和导热介质]]
+[[https://zhuanlan.zhihu.com/p/55749587|知乎：理解石墨导热片]]
 ===== 测试 =====
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 {{:设计:热设计:热电偶测量端的处理.png?600|}}
+==== 红外热像仪、红外测温仪 ====
+热电偶是接触式的测试方法，热电偶需要粘在测试位置，而红外热像仪、红外测温仪（基于热辐射原理）则是非接触式的，使用和照相机类似。
+红外热像仪是面的测试，即在一个面上测试多个点，数量依据分辨率确定。而红外测温仪是点的测试，测试面积内的平均温度（面积的大小随红外测温仪和被测体之间的距离而变化，有一个最小面积，一般在直径2cm左右，对于小型化的电子器件来说，这个面积略大）。红外热像仪相对红外测温仪来说更准确更方便，但价钱也更贵。
+不同物体的发射率相差很大（如塑料封装的芯片和金属屏蔽罩），测量时特别注意测量仪器内设定的发射率是否和物体的一致，否则测试结果偏差大。
+红外热像仪、红外测温仪产品介绍链接：[[https://www.fluke.com.cn/%E4%BA%A7%E5%93%81/%E7%83%AD%E6%88%90%E5%83%8F%E7%9B%B8%E6%9C%BA|FLUKE：红外热像仪]]、[[https://www.fluke.com.cn/%E4%BA%A7%E5%93%81/%E6%B8%A9%E5%BA%A6%E6%B5%8B%E9%87%8F/%E7%BA%A2%E5%A4%96%E6%B5%8B%E6%B8%A9%E4%BB%AA|FLUKE：红外测温仪]]
+{{:设计:热设计:红外热成像仪.png?400|}}  {{:设计:热设计:红外测温仪.png?400|}}
+原理详细介绍见链接：[[https://mp.weixin.qq.com/s/anBc5T25eZYObUAkpbSghw|德图：红外热像仪的原理]]
 ===== 参考文献 =====
-[[https://techclass.rohm.com.cn/knowledge/category/thermal-design/s-thermal-design/01-s-thermal-design/?paged=5|ROHM：电子设备中半导体元器件的热设计]]
+[[https://techclass.rohm.com.cn/knowledge/category/thermal-design/s-thermal-design/01-s-thermal-design|ROHM：电子设备中半导体元器件的热设计]]
 [[https://www.thermal-engineering.org/|Thermal Engineering: Heat Transfer and Mass Transfer]]
+[[https://www.mr-wu.cn/flotherm-ruan-jian-ji-chu-yu-ying-yong-shi-li-free-ebook|李波：FloTHERM软件基础与应用实例（第二版）]]