1.1.2 热传递的方式

电子产品完全遵守能量守恒定律，从电源流入的电能会在产品内部转换为热能，然后只会向周围的物体及空气传递。在接通电源后的一段时间内，多半转换的热能会被用于提高装置自身的温度，而排出的能量仅为少数。之后，在装置温度升高一定程度时，输入的能量与排出的能量必须一致，否则温度便会无止境上升。热能传递有3种方式，分别为“传导”、“对流”及“热辐射”。传导与对流的文字相似，但绝不相同。

1. 传导

传导是指在物体（固体）中的热能的传递。铝和铁的导热性都很出色。如果用数值表示物质导热性，树脂为0.2～0.3，铁为49，铝为228，铜为386。这些都是指该物质的热导率（导热系数），单位为“W/（m·℃）”。越容易导热的物质，该数值越大。

如果用一句话来表述热导率的含义，即“有一种长为1m、断面积为1m2的材料，其两端的温度差为1℃时，会流动多少W”。如果将其单位“W/（m·℃）”写成

导热过程中传递的热量按照傅里叶（Fourier）导热定律计算：

式中：A为与热量传递方向垂直的面积，单位为m 2，Th与Tc分别为高温与低温面的温度，δ为两个面之间的距离，单位为m。λ为材料的导热系数，单位为W/（m·℃），表示了该材料导热能力的大小。

一般说，固体的导热系数大于液体，液体的大于气体。例如，常温下纯铜的导热系数高达400W/（m·℃），纯铝的导热系数为236W/（m·℃），水的导热系数为0.6W/（m·℃），而空气仅为0.025W/（m·℃）左右。铝的导热系数高且密度低，所以散热器基本都采用铝合金加工，但在一些大功率芯片散热中，为了提升散热性能，常采用铝散热器嵌铜块或者铜散热器。

2. 对流

对流换热是指运动着的流体流经温度与之不同的固体表面时与固体表面之间发生的热量交换过程，这是电子设备散热中应用最广的一种换热方式。根据流动的起因不同，对流换热可以分为强制对流换热和自然对流换热两类。前者是由于泵、风机或其他外部动力源所造成的，而后者通常是由于流体自身温度场的不均匀性造成不均匀的密度场，由此产生的浮升力成为运动的动力。

在终端产品中主要是自然对流换热，自然对流散热分为大空间自然对流（例如终端外壳和外界空气间的换热）和有限空间自然对流（例如终端内的单板和终端内的空气）。值得注意的是，当终端外壳与单板的距离小于一定值时，就无法形成自然对流，例如手机的单板与外壳之间就只是以空气为介质进行热传导。对流换热的热量按照牛顿冷却定律计算：

式中：A为与热量传递方向垂直的面积，单位为m 2；Th与Tc分别为固体壁面与流体的温度，h是对流换热系数，自然对流时，换热系数在1～10W/（℃·m2）量级，实际应用时一般不会超过3～5W/（℃·m2）；强制对流时，换热系数在10～100W/（℃·m2）量级，实际应用时一般不会超过30W/（℃·m2）。

3. 辐射

辐射是指经由红外线、光及电磁波等从物体表面传递的方式。太阳的热量穿过真空宇宙到达地球，这也属于辐射。辐射中热量是否易于吸收和放出取决于表面的温度及颜色等。就颜色大体而言，黑色容易吸放，而白色较难。

如果用数值来表示，其数值范围为0～1。理论上来讲，全黑物质为1，铝为0.05～0.5，铁为0.6～0.9，黑色树脂为0.8～0.9，这就是热辐射率（没有单位）。

辐射是通过电磁波来传递能量的过程，热辐射是由于物体的温度高于绝对零度时发出电磁波的过程，两个物体之间通过热辐射传递热量称为辐射换热。物体表面之间的热辐射计算是极为复杂的，其中最简单的两个面积相同且正对着的表面间的辐射换热量计算公式为：

式中：A为与热量传递方向垂直的面积，单位为m 2；Th与Tc分别为固体壁面与流体的温度；ε是物质表面的黑度或发射率，该值取决于物质种类、表面温度和表面状况，与外界条件无关。

由于辐射换热与温度不是线性关系，当环境温度升高时，终端的温度与环境的相同温差条件下会散去更多的热量。塑料外壳表面喷漆，PWB表面会涂敷绿油，表面黑度都可以达到0.8，这些都有利于辐射散热。对于金属外壳，可以进行一些表面处理来提高黑度，强化散热。

对辐射散热的一个最大错误认识是黑色可以强化热辐射，通常散热器表面黑色处理也助长了这种认识。实际上，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。颜色只与可见光吸收相关，与红外辐射无关。夏天，人们穿浅色的衣服降低太阳光中的可见光辐射吸收。