11 機(jī)箱 115
11.1 開放式機(jī)箱115
11.1.1 能量平衡 115
11.1.2 入口阻尼 116
11.2 封閉機(jī)箱118
11.3 機(jī)箱材料和顏色118
11.4 模型實(shí)驗測量119
12 芯片熱功耗趨勢122
13 附錄123
13.1 Electronics Cooling Magazine Technical Data123
13.2 螺釘應(yīng)力和扭矩124
14 封裝術(shù)語 125
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11 機(jī)箱
11.1 開放式機(jī)箱
11.1.1 能量平衡
下面是熱功耗與機(jī)箱進(jìn)出口空氣溫差的關(guān)系：
其中 是體積流量，而 是熱功耗。以上公式?jīng)]有考慮以下幾點(diǎn)：
1. 輻射散熱
2. 熱源溫度
3. 機(jī)箱面的散熱
機(jī)箱內(nèi)實(shí)際的熱分布是依據(jù)流體的狀態(tài)和內(nèi)部換熱所決定的。
建議：可以利用上式來驗證仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性。
11.1.2 入口阻尼
來源：flotherm.com -> Support -> April 10., 2001
建議：在機(jī)箱的所有開口處放置一個阻尼，特別是當(dāng)機(jī)箱的面和求解域的面重合時。
從Flothem的入門教程中我們可以清楚的看到，可以通過在薄壁機(jī)箱上覆蓋一個Resistance來作為阻尼。對于厚壁機(jī)箱，這個孔洞必須要進(jìn)行具體建模，也就是打洞。有時在孔洞的兩側(cè)可能存在壓力降，這時需要設(shè)置一個壓力損失系數(shù)。
為了更好的理解這個情況，我們來觀察一個處于自然對流中的機(jī)箱。如下圖1所示空氣從下部進(jìn)入到機(jī)箱中。下圖2中只是比圖1中的機(jī)箱入口處多一個阻尼。這個阻尼有一個為0的壓力損失系數(shù)，按道理對實(shí)際流動沒有影響。然而，在Flotherm中兩者的仿真結(jié)果是不同的。不僅僅入口速度不同，而且流動分布也有略微的差異。
求解域向Z軸負(fù)向和Y軸正向放大。這個結(jié)果與圖2類似，測試結(jié)果表明是否存在一個壓力損失系數(shù)為0的阻尼都不影響仿真結(jié)果。
由于圖2和圖3相同，我們可以確定圖2是正確的。也就是說，在圖3中是否存在一個壓力損失系數(shù)為0的阻尼都不影響機(jī)箱內(nèi)的流場。
“Open Domain”的環(huán)境邊界條件假定離物體無限遠(yuǎn)。如果空氣入口毗鄰開放的求解域（Open Domain），則空氣速度會提高并且根據(jù)Bernoulli假設(shè)在開口處的壓差會增加。一個更高的壓力會初始空氣更快的流動，最后達(dá)到的平衡是建立在高速空氣流動的前提下。和“Open”不一樣，當(dāng)空氣進(jìn)入到阻尼時有一個假定的速度。在我們的圖2的例子中入口處有一個壓力損失系數(shù)為0的阻尼，從而避免了錯誤情況的發(fā)生。對于出口流動，我們發(fā)現(xiàn)圖1和圖2并沒有區(qū)別。這主要是因為上部出口遠(yuǎn)離求解域的邊界。
在開口處有一個阻尼的其它好處是可以直接從Table讀取相關(guān)的數(shù)據(jù)。
11.2 封閉機(jī)箱
11.3 機(jī)箱材料和顏色
金屬比塑料機(jī)箱更好嗎？只要熱源不接觸機(jī)箱，兩者幾乎是沒有區(qū)別的。其中主要的原因是對流換熱熱阻很大。但機(jī)箱表面擴(kuò)大后，其與周圍環(huán)境的輻射換熱變得更為重要。機(jī)箱的顏色不建議使用白色，因為相對而言其發(fā)射率較小?？梢圆捎靡恍┫鄳?yīng)的措施來提高機(jī)箱表面黑度，同時由此產(chǎn)生的對流熱交換熱阻可以忽略。
舉例：一塊PCB（歐洲標(biāo)準(zhǔn)）板獨(dú)立地處于機(jī)箱內(nèi)部
1. 白色的機(jī)箱意味著其發(fā)射率接近0，內(nèi)部PCB板輻射到機(jī)箱的熱量幾何都被反射回板子。
2. 當(dāng)對白色的機(jī)箱提高黑度以后，其發(fā)射率與塑料機(jī)箱接近。計算結(jié)果也說明兩者溫度類似，這也從一個側(cè)面反映了對流換熱量所占的份額很少。
3. 去掉機(jī)箱后PCB板子溫度急劇降低。
建議：如果受到太陽直射，則應(yīng)降低機(jī)箱表面發(fā)射率。
11.4 模型實(shí)驗測量
來源：H. Küstner, S. Strobach: „Visualisierung der Lüfterströmung in einem Elektronikgehäusemodell“. Studienarbeit Berufsakademie Stuttgart (2007)
1. 木質(zhì)機(jī)箱
2. PC風(fēng)扇（40mmX40mm）
12 芯片熱功耗趨勢
13 附錄：
13.1 Electronics Cooling Magazine Technical Data
來源：Lasance C.: ECM, Nov (2004)
可以登陸到electronics-cooling.com，查看諸多Technical Data數(shù)據(jù)。
13.2 螺釘應(yīng)力和扭矩
來源：“Tabellenbuch Metall“. Verlag Europa Lehrmittel (1999)
Flotherm資料下載: 使用Flotherm進(jìn)行電子散熱仿真過程中涉及的物理學(xué)原理.pdf
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