0引言
隨著現代電子元件對可靠性要求?性能指標?功率密度等進一步的提高,電子元件的熱設計也越來越重要?根據相關文獻記載,電子設備的失效率有55%是由于溫度超過電子元件的規定值引起的?溫度對各類元件的性能影響是不同的,在常見的元件中,溫度對半導體的影響最大?電子設備中大量運用電子元件如集成運放?TTL邏輯芯片?各種電源穩壓芯片等,其基本組成單元是P-N結,對溫度的變化非常敏感?P-N結的性能—溫度函數關系式
式中:
ICO—溫度為T℃時的反向漏電流;
ICOR—溫度為TR℃時的的反向漏電流?
由(1)式可以看出,溫度每升高10℃,ICO將會增加一倍?這種隨溫度的變化,將會直接導致運放工作點發生漂移,晶體管的放大系數β發生變化并造成運放增益不穩定?所以要選擇合理的散熱和冷卻方式,設計有效的散熱系統,把電子元件的溫度控制在規定的溫度值之下,在熱源至外部環境提供一條低熱阻通道,確保熱量能夠順利的散發出去?本文就韓國藍鳥手機(運行時溫度過高)作為實驗主體,對其進行散熱實驗?
1實驗的建立
本實驗的目的是基于人們對手機使用的安全性及舒適度,而韓國藍鳥這款手機在通話30分鐘以上?攝影?充電?電量低于50%的時候,智能手機的工作溫度高于出廠規定的溫度,這對用戶的使用安全性及舒適度大打折扣,故設計以下實驗裝置,測量并采用貼石墨烯的方法降低智能手機工作時的溫度?
實驗工具主要包括紅外攝像儀,其型號是FLUCKT25,其主要用于測量智能手機發熱源的紅外圖像,并且通過圖像可以得到熱源的溫度分布情況?溫度計用于測量室溫,保證整個實驗過程室溫保持在±1℃的波動范圍之內,使實驗的測量結果更加穩定,偏差更小?云臺主要是其支撐固定紅外熱像儀的作用?支撐板主要用于固定手機的位置,以免在測量過程中移動,還可以固定測量距離?測量位置,使得測量結果更加準確?
根據實驗目的及要求設置以下四種實驗工況:①不貼石墨烯散熱材料;②在手機后蓋上貼石墨烯散熱材料;③在智能手機屏蔽罩上貼石墨烯散熱材料;④在智能手機后蓋及屏蔽罩上貼石墨烯散熱材料?(本次實驗所用的石墨烯厚度為20μm,背面采用8μm的雙面膠來給其背膠)并且每一種工況都在以下七種負荷進行實驗,分別是:低電量?低電量+游戲?低電量+攝影?充電?充電+游戲?充電+攝影?攝影?
實驗方法是將未貼石墨烯的手機運行一段時間后(智能手機的工作溫度基本上達到一個穩定狀態),采用紅外熱像儀測其發熱源溫度;然后等手機冷卻后貼附上石墨烯,并以相同的條件運行手機,相同的時間后采用紅外熱像儀拍攝發熱源溫度?
2實驗結果及分析
根據實驗要求及實驗步驟進行實驗,并得到了各個工況下各種負荷的智能手機發熱源的最高溫度值,如表1所示:
由圖2可以看出,智能手機貼了石墨烯散熱材料后,最高溫度值有了明顯的下降,這說明石墨烯散熱材料能夠很快的將發熱源產生的熱量迅速的傳送到周圍溫度較低的區域,這也體現出了其水平方向有很大傳熱系數的特點?不論是將石墨烯散熱材料貼在智能手機后蓋還是屏蔽罩上,兩者之間沒有明顯區別,也就是說石墨烯貼的位置對其散熱沒有影響?但是當給智能手機貼兩片散熱材料時,很明顯能看出比貼一片的散熱效果要好,這是因為手機后蓋與屏蔽罩之間有一定間隙,空氣的導熱系數很小,不能把發熱源產生的熱量迅速傳送到周圍溫度較低的區域?
根據上表做出做出其柱狀圖,如圖2所示:
3結論
（1）給智能手機貼了石墨烯后,最高溫度值有明顯的降低,這是由于石墨烯在水平方向有很大的導熱率(1000-5000W/(m2.k)),將發熱源產生的熱量迅速的傳送到周圍溫度較低的區域;
（2）最高溫度的降低是因為將高溫區域的溫度傳送到低溫區域,這樣使得電子元件表面的溫度趨于均勻化,可大大的減少由于發熱引起的熱應力,可以有效的防止電子元件的熱變形,提高了電子設備的使用壽命;
（3）貼兩片的散熱效果明顯比貼一片好,由于空氣的導熱系數太小,不利于散熱,最好使用厚的石墨烯散熱材料,使得智能手機的后蓋與屏蔽罩有充分的接觸,以提高散熱效率?
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