电子产品散热设计概述(doc 45页)
电子产品的散热及防护
通过风扇、散热片等手段，加快空气 流动，提高散热效率。
防护设计原则
防水防尘设计
对电子产品进行防水防尘设计，防止水分和灰尘进入产品内部，影响散热效果 和产品性能。
过热保护设计
设置过热保护装置，当产品温度过高时，自动切断电源或降低功率，保护产品 免受损坏。
05
电子产品的散热与防护技术发 展趋势
防水结构
产品内部应设计防水结构，如防 水接口、防水胶圈等。
防水测试
产品应经过严格的防水测试，确 保在规定的水压和时间条件下不
会受损。
防震措施
抗震设计
产品应采用抗震设计，如减震垫 、抗震支架等，以减少外部冲击 对产品的影响。
防摔保护
对于易摔产品，可以采用防摔包 装或增加保护套，以减少摔落造 成的损坏。
应用场景
大型服务器、数据中心等高功耗电子产品。
热管散热
01
定义
热管散热是一种利用热管原理进行散热的方法。热管是由密封的管腔和
其中的工作介质组成的，管腔内部存在一个或多个吸液芯。
02 03
特点
热管散热具有高效、紧凑、可靠等优点。工作介质在热管内快速蒸发， 带走大量的热量，然后通过冷凝将热量释放出去。此外，热管的形状可 以灵活设计，适应不同的散热需求。
通过温度传感器实时监测电子产品的工作温度，并自动调节散热系 统的运行参数，确保产品在安全范围内工作。
智能散热策略
根据产品的工作状态和环境条件，自动调整散热策略，提高散热效 率并降低能耗。
远程监控与故障诊断
通过网络实现对电子产品散热系统的远程监控和故障诊断，提高维护 效率和用户体验。
THANKS
谢谢您的观看
应用场景
适用于各种电子产品的高效散热，如高性能显卡、CPU等。
电子产品散热设计
YEALINK电子产品散热设计经营乐享2012-12-4电子产品的散热设计一、为什么要进行散热设计在调试或维修电路的时候，我们常提到一个词“**烧了”，这个**有时是电阻、有时是保险丝、有时是芯片，可能很少有人会追究这个词的用法，为什么不是用“坏”而是用“烧”？其原因就是在机电产品中，热失效是最常见的一种失效模式，电流过载，局部空间内短时间内通过较大的电流，会转化成热，热**不易散掉，导致局部温度快速升高，过高的温度会烧毁导电铜皮、导线和器件本身。
所以电失效的很大一部分是热失效。
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，一般变压器、扼流圈的允许温度要低于95C；温度过高还会造成焊点合金结构的变化—IMC增厚，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，又使结温进一步升高，最终导致元件失效。
那么问一个问题，如果假设电流过载严重，但该部位散热极好，能把温升控制在很低的范围内，是不是器件就不会失效了呢？答案为“是”。
由此可见，如果想把产品的可靠性做高，一方面使设备和零部件的耐高温特性提高，能承受较大的热应力（因为环境温度或过载等引起均可）；另一方面是加强散热，使环境温度和过载引起的热量全部散掉，产品可靠性一样可以提高。
二、散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。
三、散热设计的方法1、冷却方式的选择我们机电设备常见的是散热方式是散热片和风扇两种散热方式，有时散热的程度不够，有时又过度热设计、冷却方式、散热器、热管技术散热了，那么何时应该散热，哪种方式散热最合适呢？这可以依据热流密度来评估，热流密度=热量/ 热通道面积。
电子产品的散热及防护
利用液体流动带走电子产品产生的热量。液冷散热具有散热效率高、噪 音小等优点，但结构复杂、成本高，适用于高功耗或大型的电子产品。
03
半导体制冷散热
利用半导体的热电效应，将电子产品的热量转化为电能并移走。半导体
制冷散热具有体积小、重量轻、无噪音等优点，但成本较高，适用于小
型、高精度的电子产品。
散热器设计
02
电子产品的热设计
热设计原理及原则
热力学原理
热力学是研究热现象的物理学分 支，它提供了对电子设备中热量 转移和能量转换过程的深入理解
。
传热学原理
传热学是研究热量传递规律的学 科，它解释了电子设备中各个部 件如何通过接触、辐射和传导等
方式进行热量交换。
热设计原则
在电子产品的热设计中，应遵循 合理布局、高效散热、减少热阻 、控制温升等原则，以确保产品 在长时间运行过程中具有良好的
影响因素
电子产品的散热性能受到多种因素的影响，包括环境温度、湿度、气流速度、物体材料属性、尺寸和 形状等。此外，电子产品的功耗、发热量、热阻、传热路径等也是影响散热性能的重要因素。
散热方案选择
01 02
风冷散热
利用风扇等通风设备强制空气流动，带走电子产品产生的热量。风冷散 热具有结构简单、成本低等优点，但噪音较大，适用于中低功耗的电子 产品。
防尘设计实例分析
设计实例
以某款智能手机为例，其防尘设计包括防水 滴、防尘、防震三方面。其中，防水滴设计 采用防水涂层技术，防尘设计采用纳米防水 涂层技术，防震设计则采有效地提高了其防护 性能，使其能够在恶劣的环境条件下保持正 常工作。同时，该设计还具有结构简单、重 量轻、成本低等优点。
热设计优化方法
优化设计方案
电子产品中的散热问题及其解决方案
电子产品中的散热问题及其解决方案随着科技的发展和进步，电子产品已经成为了现代人们不可或缺的日常用品。
我们的手机、电脑、平板等数码设备已经成为了我们生活的重要组成部分，但是这些电子设备的使用过程中产生的散热问题却也为我们带来了很多不便。
本文将详细探讨电子产品中的散热问题及其解决方案。
一、电子产品散热的原因电子产品在使用的过程中会产生大量的热量，主要来自于电路板、电源、硬盘以及CPU等部件，这些部件在运转中会消耗掉大量的能量，产生的热量随之而生。
如果一直不进行散热，电子产品的温度会不断上升，导致设备的性能逐渐下降，进而严重影响其寿命。
二、现有散热方案的不足目前，电子产品主要采用的散热方式包括被动散热和主动散热。
被动散热主要依赖于风扇和散热片的散热效果，但是由于设备体积、风扇转速等限制，被动散热的效果并不理想。
主动散热则通过电源自带的直接风扇、散热模组等方式来实现热量的散发，不过这种方式造成的噪音较大，也很难解决部分热量积聚的问题。
三、电子产品散热的解决方案为了解决现有散热方案的不足，研究人员和设计师们不断尝试各种新的散热技术和方式，以下是几种较为常见的电子产品散热方案：（一）液态散热液态散热技术通过引入独立的散热水冷系统来解决散热问题，该技术可以将热量快速传导到水冷系统中，利用水冷系统中等离子体的分散性能，从而将热量快速散发，降低电子设备温度，提高其性能和寿命。
（二）热管散热热管散热技术是一种能够实现快速有效散热的方法，在热管理散热中底。
该技术利用导热管中的相变原理将热量快速传输到散热片上，从而实现快速有效地散热。
（三）导热胶导热胶是一种能够在电子元件间传输热能的特殊材料，一般用于CPU和散热器之间，作为热传递介质来解决设备散热问题。
当散热器与CPU密切贴合时，导热胶会把热量传递到散热器上，实现有效的散热。
（四）无风扇散热无风扇散热是一项新兴的散热技术，可以通过改变设备的结构和设计来实现散热。
无风扇散热系统省去了常见的风扇噪音和空气阻力，独特的设计可以实现非常高效的散热效果，目前在小型电子产品上已经开始得到广泛应用。
电子封装的散热设计原理
电子封装的散热设计原理电子封装的散热设计原理在现代电子产品中，散热是一个非常重要的设计考虑因素。
随着电子元件和集成电路的不断发展，电子封装的散热设计原理也变得越来越关键。
本文将介绍一些常见的电子封装散热设计原理。
首先，散热设计的目标是将电子元器件产生的热量迅速有效地传导、辐射和对流到周围环境中。
通过合理的散热设计，可以保持电子元器件的工作温度在安全范围内，提高其工作效率和寿命。
一种常见的散热设计原理是利用导热材料。
导热材料，如硅胶脂、硅胶垫等，具有良好的导热性能，可以将电子元器件的热量迅速传导到散热器或散热片上。
通过选择合适的导热材料，可以提高热量的传导效率，从而减少电子元器件的温度升高。
另一种散热设计原理是利用散热器或散热片。
散热器通常由铝或铜等材料制成，具有良好的热传导性能。
散热器通过增大表面积，提高空气的对流效果，加速热量的辐射。
同时，散热片的设计也非常重要。
通过增加散热片的数量和密度，可以增强散热器的散热能力，有效降低电子元器件的温度。
此外，风扇也是一种常用的散热设计原理。
风扇能够通过强制对流，将散热器表面的热量带走。
通过选择合适的风扇尺寸和转速，可以提供足够的风量，保持电子元器件的工作温度稳定。
最后，设计良好的散热路径也是散热设计的重要原则。
通过合理的散热路径设计，可以确保热量能够顺利地从电子元器件传导到散热器或散热片上，并最终通过对流、辐射等方式散发到周围环境中。
综上所述，电子封装的散热设计原理包括利用导热材料、散热器和散热片、风扇以及设计合理的散热路径等。
通过合理地应用这些原理，可以有效降低电子元器件的温度，提高其工作效率和寿命。
在未来的电子封装设计中，散热设计将继续发挥重要的作用，随着技术的不断发展，也会出现更多创新的散热设计原理。
电子产品的散热
电子产品的散热电子产品工作时，输入功率只有一部分作有用功输出，还有很多的电能转化成热能，使电子产品的元器件温度升高。
而元器件允许的工作温度都是有限的，如果实际温度超过了元器件的允许温度，则元器件的性能会变坏，甚至烧毁。
晶体管、电阻、电容、变压器、印制电路板等都是如此。
A TMEL代理尤其是晶体管，其最大的弱点是对温度十分敏感。
温度变化对电子电路的工作状态、电路性能有影响。
对于晶体管，其结温越高，放大倍数超高。
此外温度对晶体管的寿命也有影响。
结温过高将会降低晶体管的使用寿命，见表5—5。
电子产品热控制的目的是要为芯片级、元件级、组建级和系统级提供良好的热环境，保证它们在规定的热环境下，能按预定的参数正常、可靠地工作。
热控制系统必须在规定的使用期内，完成所规定的功能，并以最少的维护保证其正常工作。
防止电子元器件的热失效是热控制的主要目的。
热失效是指电子元器件由于热因索而导致完全失去其电气功能的一种失效形式*严重的失效，在某种程度上取决于局部湿度场，电子元器件的工作过程和形式。
因此，需要正确地确定出热失效的温度，而这个温度应成为热控制系统的重要判据。
在确定热控制方案时，电子元器件的最高允许温度和最大功耗应作为主要的设计参数，一些常用元器件允许的最高温度见表5—6。
电子产品热控制系统设计的基本任务是在热源至外空间提供一条低热阻的通道，保证热量迅速传递出去，以便满足可靠性的要求。
(1)保证热控制系统具有良好的冷却功能，即可用性。
要保证产品内的电子器件均能在规定的热环境中正常工作，每个元器件的配置必须符合安装要求。
(2)由于现代电子产品的安装密度在不断地提高，它们对环境因素表现出不同的敏感性，且各自的散热量也很不一样，热控制系统设计就必须为它们提供一种适当的“微气候”(即人为地造成电子产品中局部冷却的气候条件)，保证产品不管环境条件如何变化，冷却系统都能按预定的方式完成规定的冷却功能。
(3)保证产品热控制系统的可靠性。
电子设备散热器设计
电子设备散热器设计简介本文档旨在介绍电子设备散热器的设计原理和方法，以帮助工程师和设计师更好地解决电子设备散热问题。
散热器的重要性电子设备的运行过程中会产生大量的热量，如果不及时有效地散热，会导致设备的温度过高，影响设备的性能和寿命。
因此，散热器的设计是极其重要的。
散热器设计原则1. 散热器的尺寸和材质：在设计散热器时，需要考虑设备的散热功率以及可用空间等因素，选择合适的尺寸和材质。
通常情况下，铝合金是常用的散热器材质，因为它具有良好的导热性能和轻量化特点。
2. 散热器的表面积：散热器的散热效果与其表面积成正比，因此在设计过程中需要尽量增加散热器的表面积，以提高散热效率。
可以通过增加散热片的数量或者采用鳍片状结构的方式来增加表面积。
3. 散热器的风道设计：散热器需要与风扇配合使用，通过风道将热风排出。
在设计风道时，需要考虑风流的流动性，以及避免热风的回流，从而提高散热效果。
4. 散热器的风扇选择：风扇的选择需要考虑设备的散热功率以及所需的风量，以确保足够的散热效果。
同时，还要注意风扇的工作噪音和寿命等因素。
散热器设计步骤1. 确定设备的散热功率：通过计算设备的功耗和热损耗确定散热功率，以便后续的散热器设计。
2. 计算散热器的表面积：根据散热功率和散热器的热阻，计算出所需的散热器表面积。
3. 设计散热器的结构：确定散热器的尺寸、材质和结构，考虑散热片和风道的布局。
4. 选择风扇：根据散热功率和所需的风量，选择合适的风扇，确保散热器的散热效果。
5. 进行散热器的模拟和测试：使用相关软件进行散热器的模拟分析，并进行实际测试验证散热效果。
6. 优化设计：根据模拟和测试结果，不断优化散热器的设计，以达到最佳的散热效果。
结论电子设备散热器的设计是保证设备正常运行的重要环节。
通过遵循散热器设计原则和设计步骤，可以提高散热器的散热效果，确保设备能够稳定工作。
同时，还需要根据实际情况进行不断优化，以适应不同设备的散热需求。
电子行业电子设备的自然散热4
电子行业电子设备的自然散热概述在电子行业中，电子设备的自然散热是一个重要的考虑因素。
随着电子设备功能的不断增强和体积的不断缩小，设备内部集成的元器件密度也越来越高，导致设备产生大量的热量。
合理的散热设计能够有效地提高设备的稳定性和寿命。
本文将详细介绍电子设备自然散热的原理和方法，以及常用的散热材料和散热器类型，并提供一些建议和技巧，帮助您优化设备的散热效果。
散热原理电子设备产生热量的主要原因是电流通过电阻时产生的焦耳热。
当电子设备长时间工作时，热量累积会导致设备温度升高，进而影响设备的性能和寿命。
为了保证设备的稳定性和可靠性，需要将热量及时有效地散发出去。
自然散热是通过热辐射、热传导和热对流等方式来实现的。
热辐射是指热能通过电子设备表面的辐射传输，通常用黑体辐射模型来描述。
热传导是指热量通过材料的传导作用从设备内部传递到外部环境，其传导效率取决于材料的导热系数。
热对流是指通过液体或气体的流动来带走热量，通常通过散热器来增加散热面积和增加对流传热系数。
自然散热方法散热材料热导材料热导材料是指具有较高导热性能的材料，能够有效地传导热量。
常用的热导材料包括铜、铝、钨、镍等金属材料，以及碳纤维、石墨等非金属材料。
选择合适的热导材料可以提高散热效率。
散热硅脂散热硅脂是一种填充在芯片和散热器之间的热导介质，具有优良的导热性能。
散热硅脂能够填补芯片和散热器之间的微小间隙，增加热量的传导面积，从而提高散热效果。
散热器类型散热风扇散热风扇是最常见的散热器类型之一，通过风扇的转动产生气流，带走设备表面的热量。
散热风扇通常安装在设备的散热孔或散热窗口上，通过增加散热面积和提供强制对流来实现散热。
散热片散热片是一种具有大面积的金属片，通过增加热量的传导面积来提高散热效果。
散热片通常采用铝或铜制成，安装在设备表面或内部的热源附近，可以有效地传导热量。
设备布局和散热设计在设备设计和布局时，应合理安排各个元器件的位置，避免热源的集中分布。
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电子产品的散热设计
一、为什么要进行散热设计
在调试或维修电路的时候，我们常提到一个词“**烧了”，这个**有时是电阻、有时是保险丝、有时是芯片，可能很少有人会追究这个词的用法，为什么不是用“坏”而是用“烧”？其原因就是在机电产品中，热失效是最常见的一种失效模式，电流过载，局部空间内短时间内通过较大的电流，会转化成热，热**不易散掉，导致局部温度快速升高，过高的温度会烧毁导电铜皮、导线和器件本身。
所以电失效的很大一部分是热失效。
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，一般变压器、扼流圈的允许温度要低于95C；温度过高还会造成焊点合金结构的变化—IMC增厚，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，又使结温进一步升高，最终导致元件失效。
那么问一个问题，如果假设电流过载严重，但该部位散热极好，能把温升控制在很低的范围内，是不是器件就不会失效了呢？答案为“是”。
由此可见，如果想把产品的可靠性做高，一方面使设备和零部件的耐高温特性提高，能承受较大的热应力（因为环境温度或过载等引起均可）；另一方面是加强散热，使环境温度和过载引起的热量全部散掉，产品可靠性一样可以提高。
二、散热设计的目的
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。
三、散热设计的方法
1、冷却方式的选择
我们机电设备常见的是散热方式是散热片和风扇两种散热方式，有时散热的程度不够，有时又过度散热了，那么何时应该散热，哪种方式散热最合适呢？这可以依据热流密度来评估，热流密度=热量 / 热通道面积。
按照《GJB/Z27-92 电子设备可靠性热设计手册》的规定（如下图1），根据可接受的温升的要求和计算出的热流密度，得出可接受的散热方法。
如温升40℃（纵轴），热流密度0.04W/cm2（横轴），按下图找到交叉点，落在自然冷却区内，得出自然对流和辐射即可满足设计要求。
大部分散热设计适用于上面这个图表，因为基本上散热都是通过面散热。
但对于密封设备，则应该用体积功率密度来估算，热功率密度=热量 / 体积。
下图（图2）是温升要求不超过40℃时，不同体积功率密度所对应的散热方式。
比如某电源调整芯片，热耗为0.01W，体积为0.125cm3，体积功率密度=0.1/0.125=0.08W/cm3，查下图得出金属传导冷却可满足要求
按照上图，可以得出冷却方法的选择顺序：自然冷却一导热一强迫风冷一液冷一蒸发冷却。
体积功率密度低于0.122W/cm3传导、辐射、自然对流等方法冷却；0.122-0.43W/cm3强迫风冷；0.43～O.6W/cm3液冷；大于0.6W/cm3蒸发冷却。
注意这是温升要求40℃时的推荐参考值，如果温升要求低于40℃，就需要对散热方式降额使用，0.122时就需要选择强迫风冷，如果要求温升很低，甚至要选择液冷或蒸发冷却了。
2、散热器的选择
这里面还应注意一个问题，是不是强迫风冷能满足散热要求，我们就可以随便选择风扇转速呢，当然不是，风扇的转速与气流流速有直接关系，这里又涉及一个新概念——热阻。
热阻=温度差 / 热耗（单位℃/W）
热阻越小则导热性能越好，这个概念等同于电阻，两端的温度差类似于电压，传导的热量类似于电流。
风道的热阻涉及流体力学的一些计算，如果我们在热设计方面要求不是很苛刻，可通过估算或实验得出，如果要求很苛刻，可以查阅《GJB/Z27-92 电子设备可靠性热设计手册》，里面有很多系数、假设条件的组合，三言两语说不清楚，个别系数我也没搞明白如何与现实的风道设计结合，比如，风道中有一束电缆、风道的壁不是均匀的金属板，而是有高低不平带器件的电路板，对一些系数则只能估算了，最准确的方式反而是实验测量了。
热阻更多的是用于散热器的选择，一般厂家都能提供这个参数。
举例，芯片功耗20W，芯片表面不能超过85℃，最高环境温度55℃，计算所需散热器的热阻R。
计算：实际散热器与芯片之间的热阻近似为0.1℃/W，则(R+0.1)=(85-55) ℃/20W，则R=1.4℃/W。
依据这个数值选散热器就可以了。
这里面注意一个问题，我们在计算中默认为热耗≈芯片功率，对一般的芯片，我们都可以这样估算，因为芯片中没有驱动机构，没有其他的能量转换机会，大部分是通过热量转化掉了。
而对于电源转换类芯片或模块，则不可以这样算，比如电源，它是一个能源输出，它的输入电量一部分转化成了热，另外很大部分转化成电能输出了，这时候就不能认为热耗≈功率。
3、散热器的设计方法
3.1、散热器设计的步骤
通常散热器的设计分为三步
a:根据相关约束条件设计处轮廓图。
b:根据散热器的相关设计准则对散热器齿厚、齿的形状、齿间距、基板厚度进行优化。
c:进行校核计算。
3.2、自然冷却散热器的设计方法
3.2.1、考虑到自然冷却时温度边界层较厚，如果齿间距太小，两个齿的热边界层易交叉，影响齿表面的对流，所以一般情况下，建议自然冷却的散热器齿间距大于12mm ，如果散热器齿高低于10mm ，可按齿间距≥1.2倍齿高来确定散热器的齿间距。
3.2.2、自然冷却散热器表面的换热能力较弱，在散热齿表面增加波纹不会对自然对流效果产生太大的影响，所以建议散热齿表面不加波纹齿。
3.2.3、自然对流的散热器表面一般采用发黑处理，以增大散热表面的辐射系数，强化辐射换热。
3.2.4、由于自然对流达到热平衡的时间较长，所以自然对流散热器的基板及齿厚应足够，以抗击瞬时热负荷的冲击，建议大于5mm 以上。
3.3、 强迫冷却散热器的设计方法
3.3.1、 在散热器表面加波纹齿，波纹齿的深度一般应小于0.5mm 。
3.3.2、增加散热器的齿片数。
目前国际上先进的挤压设备及工艺已能够达到23的高宽比，国内目前高宽比最大只能达到8。
对能够提供足够的集中风冷的场合，建议采用低温真空钎焊成型的冷板，其齿间距最小可到2mm 。
3.3.3、 采用针状齿的设计方式，增加流体的扰动，提高散热齿间的对流换热系
数。
3.3.4、 当风速大于1m/s(200CFM)时，可完全忽略浮升力对表面换热的影响。
3.4、 在一定冷却条件下，所需散热器的体积热阻大小的选取方法
3.5、 在一定的冷却体积及流向长度下，确定散热器齿片最佳间距的大小
的方法
不同冷却条件下对应的散热器体积热阻
50-805.0m/s(1000CFM)80-1502.5m/s(500CFM)150-2501.0m/s(200CFM)500-800自然冷却
散热器体积热阻 ℃－cm 3/W 冷却条件注意：只能作为初选散热器的参考，不能用它来计算散热器的热阻，散热器的实际热阻需按附录A 提供的方法计算。
不同冷却条件及流向长度与散热齿片最佳齿间距的关系 3.532.525.0m/s(1000)543.32.52.5m/s(500)7
6541.0m/s(200)13
107.56.5自然冷却30022515075流向长度(mm)冷却条件
3.6、不同形状、不同的成型方法的散热器的热传递效率比较的大小的方
法
3.7、散热器的相似准则数及其应用方法
3.7.1、相似准则数的定义
3.7.2、相似准则数的应用
表1 不同形状、不同的成型方法的散热器的传热效率
很高
78－90
针装散热器/钎焊/插片成型散热器(冷板散
热器)
高
45－48
小齿间距铝型材
较高
25－32
铲齿散热器
较低
15－22
带翅片的压铸散热器/常规铝型材
低
10－18
冲压件/光表面散热器
成本参考
传热效率，％
散热器成型方法。