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传热原理的困惑

本人测试了一组数据,发现数据与传热原理不匹配的情况,如附图所示
是一个密闭空间(左半图)里有一块电路板,电路板与塑料板距离1mm,塑料板右边距离其表面5mm安装有一块电路板(右半图),要测试电路板(左半图)芯片底下的塑料表面温度有多高,以检验其温度是否达到塑料的软化温度,测点有3个,测点1为塑料表面,测点2为芯片对应反面的PCB表面,测点3为芯片表面,其中电路板(左半图)的PCB板分为FR-4和铝基板,其测试数据如下:

         FR-4时测点温度           铝基板时测点温度
测点1      73                                         70
测点2      85                                         75
测点3      93                                         77

铝基板比FR-4降温效果为:芯片降温14度,PCB板降温10度,塑料表面降温3度,为什么塑料表面降低效果只有3度,而灯降温却14度的效果,按照传热路径上的热阻(PCB板与塑料板之间空气热阻和塑料板本身热阻 )并无改变,理论上塑料表面降温至少也应该有10度吧,可是却没有,各位前辈,请指教,不胜感激

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大神点评8

 楼主| brave7123 2014-7-12 17:46:30 显示全部楼层
非常感谢楼上的朋友回复
其实上面的是一个LED灯条,灯条的宽度约20mm,长度有80mm,LED功率为0.9W,而PCB至塑料板表面的热阻值应该如何估算呢,只能知道了这个热阻值才能估算两者之间的温差有多大
MasterWayne2622 2014-7-12 16:31:46 显示全部楼层
多做试验发现些现象做些总结是很好的。
这个问题中你忽略了铝基板的平面导热系数要远远大于FR-4的事实,约500倍,从热流的角度讲,用FR-4时热流大多从芯片附近的区域向塑料板传热,用铝基板时热量有很好的扩散,很大部分热流从整个板面区域通过空气薄层向塑料板传热,你测点1部分通过的热流就变小,温差=热流×热阻(这里温差指测点1和测点2温差),温差自然相对的小。
 楼主| brave7123 2014-7-12 18:00:54 显示全部楼层
我是这样假定的,FR4时,LED灯的热量全部经过(0.02X0.04假定LED灯的热量只能扩散于PCB上的40mm长)哪此时测点1与测点2的温差=0.9X(0.001(空气间隙)/(0.02X0.04))=1.13度
而铝基板时,LED灯的热量全部经过(0.02X0.08假定LED灯的热量全部扩散于PCB上的80mm长)哪此时测点1与测点2的温差=0.9X(0.001(空气间隙)/(0.02X0.08))=0.563度
两者相差1度都没有,是否矛盾的(事实上实测时两者温差很大的)
frozen 2014-7-21 19:21:32 显示全部楼层
楼上公式里忘记空气的导热系数了。PCB的板温和外壳的板温不均匀,较难估算出热量的具体分布。
ccot 2014-8-16 23:27:53 显示全部楼层
个人理解,塑料板温度主要由密封腔外部散热环境决定,在腔内载荷没有变化,外部散热条件相同的情况下,塑料板的温度不会有太大的变化。更换铝基板后,LED热耗在铝基板内很好的扩散开,导致局部温度明显降低,对应热点附件的塑料板温也会有少量的降低。
hrtcorner 2022-12-12 15:30:50 显示全部楼层
不说别的,你说热阻未改变就是错的了。你应该是把测试点123的热传路径当做一维的模型来处理才得出热阻没变的结论吧?然后实际是,能量的传递是三维的,如果你要等效成一维模型来处理,可以理解成铝基板极大增大了一维导热中的截面积,所以热阻是减少了。另外严格来说,这个导热路径上的功率也是变化,功率是变大的,当然相对热阻的减小是不如的,所以最终各点温差是减小的。
kaiden999 2023-1-19 14:28:36 显示全部楼层
理论上塑料表面降温至少也应该有10度吧,可是却没有,功率是变大的,当然相对热阻的减小是不如的,所以最终各点温差是减小的。
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不说别的,你说热阻未改变就是错的了。你应该是把测试点123的热传路径当做一维的模型来处理才得出热阻没变的结论吧?
然后实际是,能量的传递是三维的,如果你要等效成一维模型来处理,可以理解成铝基板极大增大了一维导热中的截面积,所以热阻是减少了。
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