假設有一根熱管

尾部黏一塊heat sink

heat sink下方連接熱源，熱源與heat sink間有一錫膏

假設熱源瓦數固定，也假設所有的能量至終都是藉由熱管、heat sink的表面的熱對流

及輻射散發出去至空氣

現在比較兩種情形：

一種是理想狀況，即熱源(chip)與heat sink間沒有錫膏，且完美接合（即中間沒有空氣

孔隙）

另一種是有塗均勻錫膏

如果用軟體模擬出來的穩態結果

前者的整體溫度較低，後者的整體溫度較高（包括表面溫度也是），請問這樣合理嗎？

我疑惑的地方在於熱源是固定的，那麼兩種情形的表面溫度應該也是一樣的對吧？

但我模擬出來的溫度卻不相同

另外再額外問一小問題，就是能量由物體內傳輸至空氣，是藉由物體表面的輻射

和對流，那麼傳導有考慮嗎？ 我知道空氣的熱傳導係數蠻低








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※ wowow2005:轉錄至看板 Physics 10/17 17:13

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作者: sweetjane (sweetjane) 看板: Mechanical
標題: Re: [請益]想請問關於散熱模組的散熱
時間: Sat Oct 17 18:37:59 2009

※ 引述《wowow2005 (耶穌是主)》之銘言：
: 假設有一根熱管
: 尾部黏一塊heat sink
: heat sink下方連接熱源，熱源與heat sink間有一錫膏
: 假設熱源瓦數固定，也假設所有的能量至終都是藉由熱管、heat sink的表面的熱對流
: 及輻射散發出去至空氣
: 現在比較兩種情形：
: 一種是理想狀況，即熱源(chip)與heat sink間沒有錫膏，且完美接合（即中間沒有空氣
: 孔隙）
: 另一種是有塗均勻錫膏
: 如果用軟體模擬出來的穩態結果
: 前者的整體溫度較低，後者的整體溫度較高（包括表面溫度也是），請問這樣合理嗎？
: 我疑惑的地方在於熱源是固定的，那麼兩種情形的表面溫度應該也是一樣的對吧？
: 但我模擬出來的溫度卻不相同

如果你沒有散熱膏

中間的接觸熱阻較大

等熱通量之下 較大的熱阻會有較大的溫差 你chip的溫度自然會較高

: 另外再額外問一小問題，就是能量由物體內傳輸至空氣，是藉由物體表面的輻射
: 和對流，那麼傳導有考慮嗎？ 我知道空氣的熱傳導係數蠻低

其實如果溫度沒有到兩三百度

連輻射都可以不用考慮

空氣的k差不多0.05 就不用說了

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作者: dashu ( ) 看板: Mechanical
標題: Re: [請益] 想請問關於散熱模組的散熱
時間: Sat Oct 17 23:24:24 2009

※ 引述《wowow2005 (耶穌是主)》之銘言：
: 假設有一根熱管
: 尾部黏一塊heat sink
: heat sink下方連接熱源，熱源與heat sink間有一錫膏
: 假設熱源瓦數固定，也假設所有的能量至終都是藉由熱管、heat sink的表面的熱對流
: 及輻射散發出去至空氣
: 現在比較兩種情形：
: 一種是理想狀況，即熱源(chip)與heat sink間沒有錫膏，且完美接合（即中間沒有空氣
: 孔隙）
: 另一種是有塗均勻錫膏
: 如果用軟體模擬出來的穩態結果
: 前者的整體溫度較低，後者的整體溫度較高（包括表面溫度也是），請問這樣合理嗎？
合理

前提是環境溫度T∞為定值, 發熱量Q固定, 則總熱阻越大, chip表面溫度越高

分析一下熱阻: chip -> 散熱膏 -> 熱管 ->heatsink -> 空氣

其中前者假設 chip->散熱膏->熱管 這段熱阻為零

後者需考慮散熱膏內之conduction 因此熱阻較高

: 我疑惑的地方在於熱源是固定的，那麼兩種情形的表面溫度應該也是一樣的對吧？
: 但我模擬出來的溫度卻不相同
: 另外再額外問一小問題，就是能量由物體內傳輸至空氣，是藉由物體表面的輻射
: 和對流，那麼傳導有考慮嗎？ 我知道空氣的熱傳導係數蠻低

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作者: sweetjane (sweetjane) 看板: Mechanical
標題: Re: [請益] 想請問關於散熱模組的散熱
時間: Sun Oct 18 00:07:17 2009

※ 引述《sweetjane (sweetjane)》之銘言：
: ※ 引述《wowow2005 (耶穌是主)》之銘言：
: : 假設有一根熱管
: : 尾部黏一塊heat sink
: : heat sink下方連接熱源，熱源與heat sink間有一錫膏
: : 假設熱源瓦數固定，也假設所有的能量至終都是藉由熱管、heat sink的表面的熱對流
: : 及輻射散發出去至空氣
: : 現在比較兩種情形：
: : 一種是理想狀況，即熱源(chip)與heat sink間沒有錫膏，且完美接合（即中間沒有空氣
: : 孔隙）
: : 另一種是有塗均勻錫膏
: : 如果用軟體模擬出來的穩態結果
: : 前者的整體溫度較低，後者的整體溫度較高（包括表面溫度也是），請問這樣合理嗎？
: : 我疑惑的地方在於熱源是固定的，那麼兩種情形的表面溫度應該也是一樣的對吧？
: : 但我模擬出來的溫度卻不相同
: 如果你沒有散熱膏
: 中間的接觸熱阻較大
: 等熱通量之下 較大的熱阻會有較大的溫差 你chip的溫度自然會較高

因為我也不知道你的軟體是怎麼模擬的 我只能假設一般情況應該是這樣

熱阻=溫差/熱量

溫差就是你 chip的溫度 與 外界自由流體 熱交換的溫度

一般應該是空氣吧 如果你是用水冷那就是水囉 這個部份你可以視為一個熱儲

不管熱量如何輸入熱儲 熱儲的溫度是不會變的

所以溫差變大的部份 就是chip溫度上升的部份囉

提供個資料 Dewitt 教科書的熱阻

空氣是 2.75e-4 平方公尺*K/W

如果是鋁鋁介面中間填充散熱膏的話 大概就剩下 0.07e-4 平方公尺*K/W

: : 另外再額外問一小問題，就是能量由物體內傳輸至空氣，是藉由物體表面的輻射
: : 和對流，那麼傳導有考慮嗎？ 我知道空氣的熱傳導係數蠻低
: 其實如果溫度沒有到兩三百度
: 連輻射都可以不用考慮
: 空氣的k差不多0.05 就不用說了

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※ 編輯: sweetjane 來自: 140.116.31.194 (10/18 01:45)

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作者: wowow2005 (耶穌是主) 站內: Mechanical
標題: Re: [請益] 想請問關於散熱模組的散熱
時間: Mon Oct 19 22:19:36 2009

回origine

以熱阻的圖來看，是可以知道當中間有grease時，是可以從公式中

知道chip表面溫度會變高，但無法證明heat sink底部溫度變高或變低

我這次把熱管去掉

於是熱阻圖變成這樣子：


CASE1:

@------^^^^^^^------@------^^^^^^------@
heatsink heatsink heatsink 空氣熱阻 空氣溫度
底部溫度 熱阻 表面溫度

（在CASE1中，heatsink底部溫度＝chip溫度）

CASE2:

@------^^^^^^^------@------^^^^^^^------@------^^^^^^------@
chip溫度 接觸熱阻 heatsink heatsink heatsink 空氣熱阻 空氣溫度
底部溫度 熱阻 表面溫度


其實我想知道的是，為什麼heat sink表面溫度會因為加了grease後會升高（抱歉之前

沒講清楚）

如果從熱阻的公式來看這條線，是可以證明chip溫度會升高

但無法證明heat sink表面溫度會升高或降低

因為無法得知CASE1和CASE2的heat sink底部溫度孰高孰低

※ 引述《sweetjane (sweetjane)》之銘言：
: 簡單的先畫個熱阻圖
: 先不考慮熱源項內部的溫度分布的話
: ---->*---------^^^^^--------*-----------^^^^^--------*
: chip溫度 接觸熱阻 heatsink heatsink 空氣溫度
: 底部溫度 熱阻
: 現在你的case就是差在有沒有接觸熱阻對吧
: 可能我一開始誤會你的意思
: 左端有個等熱通量熱源 Q
: 若完美接合 少掉接觸熱阻 則總熱阻變小 空氣溫度又不會變
: 自然你CHIP的溫度會比較低
: 如果你是用自然對流的話
: 解有熱源項的分布 當作為邊界條件的CHIP表面溫度降低
: 自然解出來的溫度分布會低
: 反之就比較高囉

--
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作者: origine (~最愛是妮~) 站內: Mechanical
標題: Re: [請益] 想請問關於散熱模組的散熱
時間: Mon Oct 19 23:37:51 2009

您把我的代號打在上面，真是不好意思。(對了，昨天我把簡寫打錯了，H.S才對，
我後面都打成H.T了，真是不好意思。)
我知道您的意思了，您主要是想知道為什麼模擬出來的溫度
case2 heat sink表面溫度會大於 case1 heat sink1表面溫度，對吧?
其實我剛剛從頭想了一下。
加散熱膏的目的在於減低chip與heat sink之間的接觸熱阻
所以有加散熱膏的接觸熱阻會比沒加來的小。
所以問題一開始就搞錯了，或者應該說有加散熱膏的case其實比較接近chip與heat sink
之間的完美接合。
所以我個人覺得您模擬的條件可能需要修改
chip與heat sink之間一直都是有接觸熱阻，但是有加散熱膏的case其接觸熱阻值較沒加
來的小(因為您主要是探討有無散熱膏的案例，所以chip與heat sink間的接觸熱阻不能
忽略)。
條件修正成這樣應該比較合理。模擬出來的結果才會造成有塗散熱膏的case
heat sink底部溫度較低，重新畫熱阻圖也就能夠解釋的通了。
您當初設定有塗散熱膏是多給他一個接觸熱阻值對吧，其實這樣應該不合理。



※ 引述《wowow2005 (耶穌是主)》之銘言：
: 回origine
: 以熱阻的圖來看，是可以知道當中間有grease時，是可以從公式中
: 知道chip表面溫度會變高，但無法證明heat sink底部溫度變高或變低
: 我這次把熱管去掉
: 於是熱阻圖變成這樣子：
: CASE1:
:@-------------- @------^^^^^^^------@------^^^^^^------@
:chip 溫度 heatsink heatsink heatsink 空氣熱阻 空氣溫度
: 底部溫度 熱阻 表面溫度
: （在CASE1中，heatsink底部溫度＝chip溫度）
: CASE2:
: @------^^^^^^^------@------^^^^^^^------@------^^^^^^------@
: chip溫度 接觸熱阻 heatsink heatsink heatsink 空氣熱阻 空氣溫度
: 底部溫度 熱阻 表面溫度
: 其實我想知道的是，為什麼heat sink表面溫度會因為加了gr清楚）
: 如果從熱阻的公式來看這條線，是可以證明chip溫度會升高
: 但無法證明heat sink表面溫度會升高或降低
: 因為無法得知CASE1和CASE2的heat sink底部溫度孰高孰低
: ※ 引述《sweetjane (sweetjane)》之銘言：
: : 簡單的先畫個熱阻圖
: : 先不考慮熱源項內部的溫度分布的話
: : ---->*---------^^^^^--------*-----------^^^^^--------*
: : chip溫度 接觸熱阻 heatsink heatsink 空氣溫度
: : 底部溫度 熱阻
: : 現在你的case就是差在有沒有接觸熱阻對吧
: : 可能我一開始誤會你的意思
: : 左端有個等熱通量熱源 Q
: : 若完美接合 少掉接觸熱阻 則總熱阻變小 空氣溫度又不會變
: : 自然你CHIP的溫度會比較低
: : 如果你是用自然對流的話
: : 解有熱源項的分布 當作為邊界條件的CHIP表面溫度降低
: : 自然解出來的溫度分布會低
: : 反之就比較高囉

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※ 編輯: origine 來自: 125.224.239.111 (10/19 23:43)

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作者: adsl1004 (Lucky Man) 看板: Mechanical
標題: Re: [請益] 想請問關於散熱模組的散熱
時間: Fri Oct 23 14:27:52 2009

※ 引述《origine (~最愛是妮~)》之銘言：
: 您把我的代號打在上面，真是不好意思。(對了，昨天我把簡寫打錯了，H.S才對，
: 我後面都打成H.T了，真是不好意思。)
: 我知道您的意思了，您主要是想知道為什麼模擬出來的溫度
: case2 heat sink表面溫度會大於 case1 heat sink1表面溫度，對吧?
: 其實我剛剛從頭想了一下。
: 加散熱膏的目的在於減低chip與heat sink之間的接觸熱阻
: 所以有加散熱膏的接觸熱阻會比沒加來的小。
: 所以問題一開始就搞錯了，或者應該說有加散熱膏的case其實比較接近chip與heat sink
: 之間的完美接合。
: 所以我個人覺得您模擬的條件可能需要修改
: chip與heat sink之間一直都是有接觸熱阻，但是有加散熱膏的case其接觸熱阻值較沒加
: 來的小(因為您主要是探討有無散熱膏的案例，所以chip與heat sink間的接觸熱阻不能
: 忽略)。
: 條件修正成這樣應該比較合理。模擬出來的結果才會造成有塗散熱膏的case
: heat sink底部溫度較低，重新畫熱阻圖也就能夠解釋的通了。
: 您當初設定有塗散熱膏是多給他一個接觸熱阻值對吧，其實這樣應該不合理。
: ※ 引述《wowow2005 (耶穌是主)》之銘言：
: : 回origine
: : 以熱阻的圖來看，是可以知道當中間有grease時，是可以從公式中
: : 知道chip表面溫度會變高，但無法證明heat sink底部溫度變高或變低
: : 我這次把熱管去掉
: : 於是熱阻圖變成這樣子：
: : CASE1:
: :@-------------- @------^^^^^^^------@------^^^^^^------@
: :chip 溫度 heatsink heatsink heatsink 空氣熱阻 空氣溫度
: : 底部溫度 熱阻 表面溫度
: : （在CASE1中，heatsink底部溫度＝chip溫度）
: : CASE2:
: : @------^^^^^^^------@------^^^^^^^------@------^^^^^^------@
: : chip溫度 接觸熱阻 heatsink heatsink heatsink 空氣熱阻 空氣溫度
: : 底部溫度 熱阻 表面溫度
: : 其實我想知道的是，為什麼heat sink表面溫度會因為加了gr清楚）
: : 如果從熱阻的公式來看這條線，是可以證明chip溫度會升高
: : 但無法證明heat sink表面溫度會升高或降低
: : 因為無法得知CASE1和CASE2的heat sink底部溫度孰高孰低

這系列文看下來看的小弟霧煞煞

不過好像有理出一點頭緒，以下是小弟理解後的想法

首先分成實際情況與模擬情況

實際情況下，是沒有完美接觸這種東西的，所以才要塗導熱膏

模擬情況下，沒另外給邊界是不會考慮接觸熱阻的影響，沒給就是視為完美接觸

所以兩表面接觸熱阻由小至大排序為

完美接觸<加導熱膏<沒加導熱膏

然後原PO的問題是，為什麼heat sink表面溫度會因為加了導熱膏之後反而升高了

熱阻變小會提升整個散熱模組的均溫性

也就是熱源到散熱端的溫度差會變小

熱阻變大會使熱源到散熱端的溫度差變大

所以整個散熱模組的均溫性是

完美接觸最佳，再來是加導熱膏，最後才是沒加導熱膏

若把熱源跟散熱端分開來看，上述三種情況會變成(相對情況)

熱源溫度 散熱端溫度
完美接觸 低(70度) 高(65度)
加導熱膏 中(75度) 中(60度)
沒加導熱膏 高(80度) 低(55度)

這樣不知道有沒有回答到原PO的問題

歡迎討論

補個溫度應該會比較好懂...
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