电子产品热设计、热分析及热测试
电子产品热设计及热仿真技术的应用分析
电子产品热设计及热仿真技术的应用分析摘要：随着装备性能的不断提升，复杂程度的不断提高，以及使用环境的日趋复杂，电子产品对可靠性的要求日益提高，可靠性已成为衡量电子产品使用性能的一项重要指标。
因散热不良引发的故障一直在电子产品故障发生中占有很大的比重，电子产品一旦出现热设计缺陷，往往在设计周期和设计成本等多方面造成极大的损失。
因此需要在产品设计源头加以控制，即在设计之初考虑产品的功能和性能的同时，考虑其散热等因素。
综合电子产品的性能设计和热设计，选择采用什么散热方式、使用何种散热材料等，其目的是高效率、低成本、高可靠地制造产品。
基于此，本文对电子产品热设计及热仿真技术的应用进行分析，为产品全生命周期设计提供验证支撑，达到合理可靠稳定运行的目的。
关键词：电子产品热设计；热仿真技术；应用分析引言电子产品是基于电子信息技术发展背景下的重要产物，电子信息技术是20世纪初诞生的一种新兴的技术，随着时代的发展与生产技术的不断革新，电子信息技术得到了进一步发展。
进入21世纪之后，电子信息技术已成为科学技术领域的重要标志之一，在各个行业及领域均具有非常广泛的应用。
伴随着大量电子产品的问世，不仅改变了人们传统的生活方式，也为人们的生产与生活带来了巨大的便利。
随着社会信息化的不断发展，电子产品多功能集成和便携的需求日益凸显，电子产品的集成化和小型化就成了目前电子产品的发展趋势，电子产品的集成化意味着功率会大概率的增大，与小型化的发展综合在一起意味着电子产品的单位体积功率密度会不断增大，因此电子产品的热设计就需要从粗放的经验设计向精确化的热理论设计发展。
热仿真就是支持电子产品精确化理论设计最佳手段。
通过热仿真将电子产品在性能设计的基础上叠加热设计，达到电子产品在最优热环境里发挥最佳性能的目的。
1电子产品热设计的意义1.1电子产品进行热设计的优势有效散热对于电子产品的稳定运行和长期可靠性而言至关重要，将电子产品热功能部件的工作温度控制在其有效工作的温度范围内，是提升电子产品可靠性的基本思路。
FloTHERM优化电子设备热设计
FloTHERM优化电子设备热设计FloTHERM作为电子行业热分析软件的市场领导者，拥有相当广泛的用户群。
很多公司都喜欢使用FloTHERM进行热传-流动分析，并对投资回报率信心十足。
在最近的一次调查中显示，98%的用户愿意向同行推荐FloTHERM，本文将详细介绍FloTHERM是如何帮助各行业的企业解决其所面临的热管理问题的。
一、概述FloTHERM是一款强大的应用于电子元器件以及系统热设计的三维仿真软件。
在任何实体样机建立之前，工程师就可以在设计流程初期快速并简易地创建虚拟模型，运行热分析以及测试设计更改。
FloTHERM采用先进的CFD(计算流体力学)技术，预测元器件、PCB板以及整机系统的气流、温度和传热，。
不同于其他热仿真件，FloTHERM是一款专为各类电子应用而打造的分析工具，其应用行业包含：◎电脑和数据处理;◎电信设备和网络系统;◎半导体设备，集成电路(ICs)以及元器件;◎航空和国防系统;◎汽车和交通运输系统;◎消费电子。
FloTHERM以专业、智能和自动而著称，区别于其他传统分析软件。
这些功能可协助热设计专家们将产能最大化，帮助机械设计工程师将学习过程减到最少，并为客户提供分析软件行业最高比率的投资回报率。
在中小型企业，一年时间，投资FloTHERM所带来的收益就是投资成本的数倍，公司规模越大，成本回收的速度越快。
用户可以从以下方面体验到使用FloTHERM解决电子热设计问题所带来的惊人利益：◎生产硬件前解决热设计问题;◎减少重新设计工作，降低每单位产品成本;◎增强可靠性和提高整体的工程设计程度;◎显著地缩短上市时间。
建模功能#e#二、建模功能1.SmartPartsFloTHERM软件提供了专门应用于电子设备热分析的参数化模型创建宏(SmartParts)，能够迅速、准确地为大量电子设备建模。
SmartParts技术应用范围：散热器、风扇、印刷电路板、热电冷却器、机箱、元器件、热管、多孔板和芯片。
热设计与热分析技术
应用范围 数值方法 程序类型
有限体积法 板级
电子设备
有限差分法
器件级、板 级
电子设备 有限体积法 板级
电子设备
有限体积法
板级、设备 级
通用
有限元法 多领域
板级热分析软件应用简介
➢ 热分析数值解法 ➢ Betasoft-Board简介
热分析的数学方法分为两大类：
在传热学领域中，采用的数值计算方法主要有：
·有限差分法 FDM (Finite Difference Method) ·有限元法 FEM (Finite Element Method) ·边界元法 BEM (Boundary Element Method) ·有限分析法 FAM (Finite Analysis Method) ·有限体积法 FVM (Finite Volume Method)
热设计与热分析技术
（第3讲）
讲解人：张 栋
2006年3月29日
内容 功率器件热特性 器件简化热模型 PCB热分析软件浅析
— 功率器件热特性
♫ 典型封装形式 ♫ 散热参数 ♫ 散热及降低热阻的有效措施 ♫ 散热影响因素
芯片封装发展
（1）典型封装形式
常见功率器件 功率二极管 半导体功率开关器件 双极型功率晶体管 功率MOSFET IGBT 功率集成电路(PIC) 集成功率模块
ABGA (Advanced BGA)
外部：
➢ 风扇 ➢ 散热器 ➢ 冷板 ➢ 引脚
Cold-Plate cooled IGBTs
IGBT：绝缘栅双极型晶体管
（4）散热性能的影响因素
器件内部 ·封装结构 ·封装材料 ·耗散功率
器件外部 ·有无散热器 ·散热器材料和形状 ·环境温度 ·器件周围热源远近大
2024版全新icepak培训
第1次课程
Icepak软件概述及基本操 作介绍
培训安排与时间表
第2次课程
01
几何建模与网格划分技术
第3次课程
02
材料属性定义与边界条件设置
第4次课程
03
求解器设置与仿真计算过程
培训安排与时间表
01
02
03
第5次课程
后处理功能介绍及结果展示
第6次课程
案例分析与实战演练（一）
第7次课程
案例分析与实战演练（二）
自定义函数库
探讨如何创建自定义函数库，将常用的操作封装成函数，方便在脚 本中调用，提高脚本编写效率。
04
行业案例分析与实战演练
电子设备散热设计案例
手机散热设计
分析手机内部发热元件的布局，通过优化散热结构、材料选择和 风扇设计等手段，提高手机的散热性能。
笔记本电脑散热设计
针对笔记本电脑的紧凑空间和高发热量，通过改进散热模块设计、 优化风道布局等方式，实现高效散热。
能效评估与优化
通过对数据中心空调系统的能效评估，发现能源浪费的环 节和潜力，提出针对性的优化措施，降低数据中心的能耗 和运营成本。
汽车空调系统设计案例
01
整车热舒适性分析
运用CFD技术对汽车内部空间进行热舒适性分析，评估不同气候条件和
驾驶场景下乘客的热感觉，为空调系统设计提供依据。
02
空调系统性能优化
团队合作与成果展示
鼓励学员分组合作，完成实际项目案例，并展示成果，促进彼此 间的交流与合作。
未来发展趋势预测
热仿真技术发展趋势
随着计算机技术的不断进步，热仿真技术将更 加精确、高效，实现更复杂系统的热分析与优 化。
行业应用前景展望
2024年icepak培训教程(增加特殊条款)
icepak培训教程(增加特殊条款)Icepak培训教程1.引言Icepak是一款强大的电子系统热分析软件，广泛应用于电子产品的热设计、热测试和热优化。
本教程旨在帮助初学者快速掌握Icepak的基本操作，并能够独立完成电子系统的热分析。
2.Icepak安装与启动2.1软件安装在开始使用Icepak之前，请确保您的计算机满足软件的最低系统要求。
从Ansys官方网站Icepak安装包，并按照提示完成安装。
2.2启动软件安装完成后，双击桌面上的Icepak快捷方式，启动软件。
软件启动后，您将看到一个欢迎界面，在此可以选择新建项目或打开现有项目。
3.Icepak基本操作3.1创建项目“新建项目”按钮，在弹出的对话框中输入项目名称和保存路径，“确定”创建项目。
在Icepak中，项目文件以.iproj为扩展名保存。
3.2创建几何模型（1）导入CAD文件：“导入CAD”按钮，选择相应的CAD文件，导入到Icepak中。
（2）手动绘制：“绘制”按钮，选择相应的绘图工具，如矩形、圆形等，手动绘制几何模型。
（3）参数化建模：通过输入关键参数，快速几何模型。
3.3创建网格在Icepak中，网格是进行热分析的基础。
创建网格的步骤如下：（1）选择“网格”菜单下的“创建网格”命令。
（2）设置网格参数，如网格类型、网格大小等。
（3）“网格”按钮，网格。
3.4添加边界条件在Icepak中，边界条件用于模拟实际环境中的温度、热流等。
添加边界条件的步骤如下：（1）选择“边界条件”菜单下的相应命令，如“温度”、“热流”等。
（2）在弹出的对话框中设置边界条件参数。
（3）将边界条件应用到几何模型上。
3.5设置求解器参数在Icepak中，求解器参数用于控制热分析的求解过程。
设置求解器参数的步骤如下：（1）选择“求解器”菜单下的“求解器参数”命令。
（2）在弹出的对话框中设置求解器参数，如求解器类型、迭代次数等。
（3）“确定”按钮，保存设置。
电子产品热设计及数值分析研究
引言
随 着 微 电子 技 术 、 高 密 度 三 维 组 装 技 术的 迅速 发展 ，集 成 电路 得到 了广 泛应 用 ， 各种大 功 率元 器件 的应 用 越来 越 多 ，电子 器 件 的封 装 形式 及性 能也 不 断提 升 。集成 电路 不断 向复 合化 和集 成化 的 方 向发展 ，可以 说 现 代 电子 产 品正 日益成 为 由高 密度 组装 、微 组 装 所形 成的 高 度集 成 系统 。在 电子产 品 广 泛应 用的 今 天 ，人们 对 电子 产 品也越 来越 追 求 多功能 、便 携和 高 可靠 性 。这种 电子 产 品 功 率 上升 、设备 小型 化 的发展 趋 势使 得 电子 元 件 内部 整体 功耗 及 热量 增加 ，电子元 件 及 产 品系统 内部 的温 度 上升 。统 计 资料表 明 ： 电 子 元 器 件 温 度 每 升 高 ２ ， 可 靠 性 下 降 ℃ ｌ％，温 升 ５ ￣时 的 寿命 只有温 升 ２ ℃时 的 ０ ０Ｃ ５ １６ ／ …，所 以 说 高 温 因 素 大大 地 增 加 了电 子 产 品的故 障率 。因此 ，热 设计 是 电子 产 品可 靠 性 及其 性能 的基 础 。
一
２ 电子产 品 的热设 计和 热 分析
工程 中的热 设计 首先 要进 行需 求分 析 ， 这 包 括 设 备 基 本 类 型 、使 用 环 境 、整 机 功 耗 、内部 板卡 功耗 和外 观要 求 ，然后 根据 需 求分 析选 择冷 却方 式 。当然 在 很多情 况下 冷 却方 式是 唯一 的 。例如 ，大 部分 军 用产 品 中 只能 通过 热传 导的 方式 进行 散 热。在 确定 冷 却 方 式后 就可 以进 行建 模 、热 分析 等后续 步 骤 。 图１ 热 设 计的 一 个 基 本流 程 。 下面 通 是 过 一个实 例来 了解 电子 产 品的热 设计 过程 。 一
热设计及热分析
热设计及热分析一、热设计热设计是随着通讯和信息技术产业的发展而出现的一个较新的行业，且越来越被重视。
随着通讯和信息产品性能的不断提升和人们对于通讯和信息设备便携化和微型化要求的不断提升，信息设备的功耗不断上升，而体积趋于减小，高热流密度散热需求越来越迫切。
热设计便是采用适当可靠的方法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稳定运行要求的最高温度，以保证产品正常运行的安全性，长期运行的可靠性。
此外，低温环境下控制加热量而使设备启动也是热可靠性的重要内容。
目前，热设计在电动汽车动力系统热管理和热仿真、高科技、医疗设备、军工精密装备等行业中越来越被重视，成为产品研发中不可缺少的重要领域。
二、热分析软件介绍FLOTHERM是一套由电子系统散热仿真软件先驱----英国FLOMERICS软件公司开发并广为全球各地电子系统结构设计工程师和电子电路设计工程师使用的电子系统散热仿真分析软件，全球排名第一且市场占有率高达80%以上。
三、电子行业热分析电子行业是有限元分析应用的一个重要领域。
随着全球电子工业的飞速发展，电子产品的设计愈来愈精细、复杂，市场竞争要求电子产品在性能指标大幅度提高的同时，还要日趋小型化。
电子产品跌落、新型电子材料的研发和制造、音频设备声场特性的设计和评估、电子产品的热力仿真、芯片封装的热分析等的力学仿真是电子领域中很深入、复杂并极具挑战性的课题，需要多门学科的理论和方法的综合应用。
电子产品热分析：众所周知，电子元件在运作的时候，无法达到100%的效率，所流失的能量绝大部分都转换成为热量发散，但是对于电子元件来说，温度每上升10℃，其寿命就减少到原来的一半甚至更短，这就是其随温度而变的特性。
所以进行电脑等各种设备的热仿真有助于提高器件的使用寿命。
1.显卡的散热器仿真显卡热管散热器，通过添加热管能有效的降低热源到散热器的热阻，进而显著提高显卡散热性能。
2. LED封装仿真以及散热片散热性能详细的LED封装模型，通过仿真验证和考察电路板及散热片的散热性能。
电子设备可靠性热设计4.1
Ф = KAΔt
(3-1)
式中: Ф——热流量，W； K——总 传 热 系 数 ， W/(m2•℃)； A——传 热 面 积 ， m2； Δt——热 流 体 与 冷 流 体 之 间 的 温 差 ， ℃ 。
热量的传递有三种基本方式：导热、 对流和辐射。它们可以单独出现，也可 能两种或三种形式同时出现。
热设计应与其它设计（电气、结构、可靠性等设计） 同时进行，当出现冲突时，应进行权衡分析，折衷解 决。但不得损害电气性能，并符合可靠性要求，使设 备的寿命周期费用降至最低。
热设计中允许有较大的误差。 在设计过程的早期阶段应对冷却系统进行数值分析和
计算。
30
可靠性物理国防科技重点实验室
3.2 传热基本原则
9
可靠性物理国防科技重点实验室
1.2 空气动力的加热
高速飞行的导弹以及其它的飞行器，由于空气阻力 的作用，在设备的外壳上将产生大的热量。这些热 量将传到装在飞行器内的电子设备中，这就是空气 动力产生的热量。
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可靠性物理国防科技重点实验室
1.3 机械摩擦转换成热量
为了克服机械运动过程中的摩擦力将损失部分能量， 这又是一种热能的转换形式。
能参数进行测量，为热设计或改进设计提供技术数据。
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可靠性物理国防科技重点实验室
2. 4 热设计常用的技术措施
最大限度地利用传导、自然对流和辐射等简单、可靠的 冷却技术。
尽可能缩短传热路径，增大换热（或导热）面积。 加大热传导面积和传热零件之间的接触压力，提高接触
表面的加工精度或在接角面间加导热脂，以减少热阻 。 在热流通道口应减少各种阻力，零件和元器件的排列的
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可靠性物理国防科技重点实验室
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电子产品热设计、热分析及热测试培训
各有关单位：
随着微电子技术及组装技术的发展，现代电子设备正日益成为由高密度组装、微组装所形成的高度集成系统。
电子设备日益提高的热流密度，使设计人员在产品的结构设计阶段必将面临热控制带来的严酷挑战。
热设计处理不当是导致现代电子产品失效的重要原因，电子元器件的寿命与其工作温度具有直接的关系，也正是器件与PCB中热循环与温度梯度产生热应力与热变形最终导致疲劳失效。
而传统的经验设计加样机热测试的方法已经不适应现代电子设备的快速研制、优化设计的新需要。
因此，学习和了解目前最新的电子设备热设计及热分析方法，对于提高电子设备的热可靠性具有重要的实用价值。
所以，我协会决定分期组织召开“电子产品热设计、热分析及热测试讲座”。
现具体事宜通知如下
【主办单位】中国电子标准协会培训中心
【协办单位】深圳市威硕企业管理咨询有限公司
一、课程提纲：课程大纲以根据学员要求，上课时会有所调整，具体以报到时的讲义为准。
一、热设计定义、热设计内容、传热方法
1 热设计定义
2 热设计内容
3 传热方法简介
二、各种元器件典型的冷却方法
1 哪些元器件需要热设计
2 冷却方法的选择
3.常用的冷却方法及冷却极限各种元器件典型的冷却方法
4. 冷却方法代号
5 各种冷却方法的比较
三、自然冷却散热器设计方法
1 自然冷却散热器设计条件
2 热路图
3 散热器设计计算
4 多个功率器件共用一个散热器的设计计算
5 正确选用散热器
6 自然冷却散热器结温的计算
7 散热器种类及特点
8 设计与选用散热器禁忌
四、强迫风冷设计方法
1 强迫风冷设计基本原则
2 介绍几种冷却方法
3. 强迫风冷用风机
4. 风机的选择与安装原则
5 冷却剂流通路径的设计
6 气流倒流问题及风道的考虑
7 强迫风冷设计举例(6个示例)
五、液体冷却设计方法
1. 液体冷却设计基本原则
2. 液体冷却应用示例（共6个示例，含蒸发冷却）
3 大功率行波管﹙TWT﹚强迫液冷﹙水冷或油冷﹚系统筒介
4 水冷散热器
六、电子设备机箱的热设计
1 自然散热的电子设备机箱的热设计
2 密封电子设备机箱的热设计
3 强迫风冷的电子设备机箱的热设计
4. 电子设备机箱通风孔面积的计算
5 机壳热特性估算方法
七空间电子设备热设计
1 空间电子设备热设计考虑要点
2 空间电子设备的辐射传热
3 空间电子设备计算公式
4.空间电子设备热设计示例(6个示例)
八、热管散热器简介
1 热管结构及工作原理
2 热管热阻
3 热管材料
4 传热极限
5 热管的相容性
6 热管设计程序
7 热管型号系列
8 商品热管
九热测试技术
1. 温度测量
2.散热器热阻测试方法
3电力半导体用散热器的热阻和流阻测试方法
4电子设备强迫风冷热特性测试方法
十. 电子设备热设计和热测试软件
1 电子散热分析软件 FIOTHERM
2 FIOTHERM 软件在电子设备热设计中的应用
3. 热设计优化软件 QFIN
十一、减小接触热阻的方法及导热材料
1 减小接触热阻的方法
2导热材料：导热硅脂、导热绝缘胶、导热绝缘矽胶布、导热绝缘矽胶片、导热软垫、导热帽套、云母片、导热陶瓷片、导热石墨片
十二、热设计产品信息、热设计图书及热设计标准介绍
1 热设计产品信息2. 热设计图书、电子结构与工艺图书信息3 热设计标准介绍课程对象：研究所、公司热设计人员、结构可靠性设计人员。
电子产品制造行业的设计人员、
讲课特色：
1 本人从事热设计多年，实际经验非常丰富，讲课实际应用内容占80％以上；
2.应用示例多：如四、五、六、七部分以应用示例为主；本资料独家拥有。
师资介绍：
王健石，中国电子标准协会特聘讲师,高级工程师，原电子工业部热设计专家组成员，长期从事电子结构设计及电子机械工程的研究，出版了《电子设备结构设计手册》、研制出了我国第一部机载大功率液冷系统，制订了部标组合散热器，参加了多项国家标准、电子行业标准、军用标准的制订，出版了《电子设备热设计速查手册》、《电子散热器技术手册》、《电子设备结构设计手册》、《电子机械工程设计手册》、《电子设备结构设计标准手册》、、《工业用热电偶及补偿导线技术手册》、《工业材料实用手册》等18本手册。