产品的热设计培训资料

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1、电子产品的热设计基础(初级版)李文博2016/7/271介绍•什么叫热设计？•热设计就是根据电子元器件的热特性和传热学的原理，采取各种结构措施控制电子设备的工作温度，使其在允许的温度范围之内。•为什么要进行热设计？•高温对电子产品的影响：绝缘性能退化；元器件损坏；材料的热老化；低熔点焊缝开裂、焊点脱落。温度对元器件的影响：一般而言，温度升高电阻阻值降低；高温会降低电容器的使用寿命；高温会使变压器、扼流圈绝缘材料的性能下降；温度过高还会造成焊点合金结构的变化，焊点变脆，机械强度降低；结温的升高会使晶体管的电流放大倍数迅速增加，导致集电极电流增加，又使结

2、温进一步升高，最终导致元件失效。2016/7/272介绍•热设计的目的控制产品内部所有电子元器件的温度，使其在所处的工作环境条件下不超过标准及规范所规定的最高温度。最高允许温度的计算应以元器件的应力分析为基础，并且与产品的可靠性要求以及分配给每一个元器件的失效率相一致。2016/7/273介绍•热设计的三个层次-元件级的热设计：主要研究芯片内部结构及其封装形式对传热的影响，计算及分析芯片的温度分布。对材料、结构进行热设计，降低热阻，增加传热途径，提高传热效果，达到降低温度的目的。主要由元器件的生产厂家完成。-电路板级的热设计：主要研究电路板的结构、元

3、器件布局对元件温度的影响以及电子设备多块电路板的温度分布，计算电子元件的结点温度，进行可靠性预计。对电路板结构及其元器件进行合理安排，在电路板及其所在箱体内采取热控制措施，达到降低温度的目的。主要由电子设备设计人员及可靠性设计人员完成。-环境级的热设计：主要是研究电子设备所处环境的温度对其的影响，环境温度是电路板级的热分析的重要边界条件。采取措施控制环境温度，使电子设备在适宜的温度环境下工作。可由产品开发人员或用户完成。2016/7/274概述•主要内容：热设计的基本理论、基本数据、设计原则、测试方法及相关测试仪表。•热设计的基础知识：热设计基本概念

4、与术语、散热的基本方式、热电模拟法、热路及热网络•热设计的基本要求及一般设计准则：通过实例分析，讲述热设计的设计要求及准则。•风扇的基本知识：风扇的选型方法，应用准则。•热界面材料：热界面材料的种类、选型准则。•热设计验证方法：热测试相关的仪器/仪表的特点/及使用场合/注意事项、如何减少热测试误差的方法及注意事项。•热设计的验证标准：热设计的验证标准。2016/7/275热设计的基础知识•热设计的基本概念热特性：设备或元器件温升随热环境变化的特性，包括温度、压力和流量分布特征。导热系数：表征材料导热性能的参数指标，它表明单位时间、单位面积、负的温度梯

5、度下的导热量，单位为W/m.K或W/m.℃。对流换热系数：反映两种介质间对流换热过程的强弱，表明当流体与固体壁面的温差为1℃时，在单位时间通过单位固体换热面积的热量，单位为W/m2.K或W/m2.℃。热阻：热量在热流路径上遇到的阻力，反映介质或介质间的传热能力的大小，表明了1W热量所引起的温升大小，单位为℃/W或K/W，可分为导热热阻，对流热阻，辐射热阻及接触热阻四类。2016/7/276热设计的基础知识•热设计的基本概念温度稳定：当设备处于工作状态时，设备中发热元器件表面温度每小时变化波动范围在±1℃内时，称温度稳定。设备外部环境温度：设备达到稳定

6、温度时距离设备各主要表面几何中心80mm处空气温度按各表面积的加权平均值。机柜/箱表面温度：设备达到稳定温度时各主要外表面几何中心点上温度的平均值。热点：元器件、散热器和冷板的各个局部表面温度最高的位置。热点器件指单板上温度最高和较高的器件。温升：元器件表面温度与设备外部环境温度的差值。用符号Δt表示。2016/7/277热设计的基础知识•热设计的基本概念温度与温升的区别：温度是量化介质热性能的一个指标，是一个绝对概念；温升是指介质自身或介质间温度的变化范围，它总是相对于不同时刻或同一时刻的另一介质，是一个相对概念。风道的局部阻力与沿程阻力：局部阻力

7、指由于风道的截面积发生变化而引起的压力损失；沿程阻力指由于流体粘性而引起的压力损失。表征温度的方式：表征介质温度的方式有三种：摄氏温度，绝对温度，华氏温度，它们的换算关系如下：T＝273＋Tc,Tc=5(T-KF32)/9层流与紊流(湍流)：层流指流体呈有规则的、有序的流动，换热系数小，流阻小；紊流指流体呈无规则、相互混杂的流动，换热系数大，流阻大。根据流动的雷诺数大小来判断。2016/7/278热设计的基础知识LaminarFlow层流（流体分子的流线相互平行，互不交叉）TurbulentFlow湍流（流体分子不规则运动）2016/7/279热设计

8、的基础知识•热量传递的基本方式热量传递有三种基本方式：导热、对流、辐射它们可以单独出现，也可能两种或三种形式