电子产品散热技术最新发展(上)

高弘毅

【期刊名称】《电子技术》

【年(卷),期】2006(033)001

【摘要】最近几年LSI、数码相机、移动电话、笔记本电脑等电子产品，不断朝高密度封装与多功能化方向发展。散热问题成为非常棘手的课题。LSI等电子组件若未作妥善的散热处理．不但无法发挥LSI的性能．严重时甚至会造成机器内部的热量暴增等。然而目前不论是LSI组件厂商．或是下游的电子产品系统整合业者．对散热问题大多处于摸索不知所措的状态．

【总页数】4页(27-30)

【关键词】电子产品;散热技术;散热问题;电子组件;笔记本电脑;高密度封装;LSI;数码相机;移动电话;多功能化

【作者】高弘毅

【作者单位】无

【正文语种】中文

【中图分类】F4

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电子产品散热设计概述(doc 45页)

电子产品散热设计概述(doc 45页) 部门： xxx 时间： xxx 整理范文，仅供参考，可下载自行编辑

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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。

航空器电子产品热设计

航空器电子产品热设计现代机（弹）载电子设备由于受条件限制，都要求重量轻、体积小。另外，为了提高电子产品的工作性能，其功率往往很大，也就是说电子元器件的发热量非常大，一般电子元器件的正常工作温度要求低于100°C。根据美国空军的统计，在机（弹）载电子设备失效的原因中，有超过50%是由于温度引起的，因此电子产品的热设计是电子产品可靠性设计的最主要内容。机（弹）载电子产品的冷却可采用循环水冷（二次冷却）和风冷，而风冷又有自然风冷和强迫风冷。图7-1、7-2采用ANSYS CFX对某机载电子产品进行水冷分析，图示为散热冷板上的温度分布和冷却水的流线图。传统的机（弹）载电子产品的热设计以经验设计为主，根据机（弹）载电子产品热设计手册，利用半经验、半解析的估算公式确定冷却方式、流量（压差）及流道，然后制造相应的1：1模型进行测试验证。这种热设计的成功率主要取决于设计者的经验，由于试验验证成本高、周期长，设计者只能选取少数几种自己认为最可行的设计方案进行试验，从而可能疏漏了更好的设计方案。另外，如果测试验证后发现了设计中的问题，回过来重新更改设计，再测试验证，这样的设计周期就更长，这与激烈的市场竞争不相适应。

计算流体动力学（CFD）的飞速发展和计算机性能的提高为机（弹）载电子产品热设计的数值仿真提供了保障。ANSYS CFX流体分析功能就是利用基于有限元的有限体积法求解三维湍流Navier-Stokes方程。ANSYS CFX是热、流耦合计算软件，在流体单元中求解质量、动量、能量方程，而同时在固体单元中耦合求解能量方程，由此可得出流场中的速度、压力、温度分布，固体中的温度分布，同时可得出流、固表面的对流换热系数（图7-4）和热流密度。图7-5采用ANSYS CFX对某机载电子设备机箱进行强迫风冷分析，图示结果为机箱内外表面的对流换热系数分布。机（弹）载电子产品的冷却效率取决于流、固表面对流换热系数的大小，因此热设计仿真分析的最主要任务是准确求解对流换热系数。对流换热系数的大小与近壁面的流体温度分布梯度成正比，而近壁面的流体温度分布梯度与近壁面的流体速度分布有关，因此，要得到准确的对流换热系数，必须精确求解流体速度分布，尤其是近壁面附面层内的速度分布。八十年代末九十年代初，由于受计算机速度的限制，直接求解三维复杂流场的湍流Navier-Stokes方程从而得到准确的流体速度分布几乎是不可能，因此发展了一些半经验、半解析的电子系统冷却分析软件，这些分析中的流体剖面速度分布是根据经验给定的解析式，对于简单流场，这样的解析表达式能较好地符合，而对于真实复杂流场，误差较大。ANSYS CFX通过直接求解三维湍流Navier-Stokes方程来得到准确的流体速度分布，从而能准确给出对流换热系数

电子产品的自然散热

电子产品的自然散热在功率密度不高的电子产品中，如电子测量仪器、电子医疗仪器等，运用自然冷却技术比较多，且冷却成本低，可靠性高。电子产品自然冷却的传热途径是产品内部电子元器件和印制板组装件通过导热、对流和辐射等传向机壳，再由机壳通过对流和辐射格热量传至周围介质(如空气、水)，使产品达到冷却的目的，如图5—16所示为一个电源的通风孔。斯麦迪电子为了增强电子产品自然冷却的能力，应从以下几个方面进行认真设计：⑦改善产品内部电子元器件向机壳的传热能力；②提高机完向外界的传热能力；⑤尽量降低传热路径各个环节的热阻，形成一条低热阻热流通路，保证产品在允许的温度范围内正常工作。 1．电子机箱机壳的热设计电子产品的机完是接收内部热量并将其散发到周围环境中去的一个重要组成部分机壳的热设计在采用自然冷却降温的一些密闭式电子产品中显得格外重要。许多实验和事实证明： 0增加机壳内外表面的黑度,开通风孔等，能降低电子元器件的温度 ②机壳内外表面高黑度的散效果比低黑度开通风孔的散热效果好; ③机壳两侧均为高黑度的散热效果优于只有一侧高黑度时的散热效果，提高外表面的黑度是降低机壳表面温度的有效方法; ④在机壳内外表面增加黑度的基础上, 合理地改进通风结构，加强冷却空气的对流、可以明显地降低产品内部的温度。 2．机壳通风扎的设置在机壳上开通风孔是为了充分利用冷却空气的对流换热作用，通风孔的结构形式很多，可根据散热与电磁兼容性的要求综合考虑。开设通风孔的基本堆则有： ①通风孔的开设要有利于气流形成有效的自然对流通道; ②由于气体受热后膨胀，一般情况下, 出风孔面积应稍大于进风孔面积； ③进风孔尽量对准发热元器件;

电子产品热设计、热分析及热测试

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

电子产品散热技术最新发展(上)

堇查壁蔓ｉｊ三翌隧阉固电子产品散热技术最新发展（上）最近几年ＬＳＩ、数码相机、移动电话、笔记本电脑等电子产品．不断朝高密度封装与多功能化方向发展．散热问题成为非常棘手的课题。ＬＳＩ等电子组件若未作妥善的散热处理．不但无法发挥ＬＳＩ的性能．严重时甚至会造成机器内部的热量暴增等。然而目前不论是ＬＳＩ组件厂商．或是下游的电子产品系统整合业者．对散热问题大多处于摸索不知所措的状态．有鉴于此．介绍一下国外各大公司散热对策的实际经验．深入探索散热技术今后的发展动向．是很有必要的＝．散热技术的变迁如图１所示由于“漏电”问题使得ＬＳＩ的散热对策是系统整合的责任．这种传统观念正面临极大的变革。此处所谓的漏电是指晶体管（仃彻ｓｊｓ【ｏｒ）的ｓｏｕｒｃｅ与ｄｒａｉｎ之间．施加于ｌｅａｌ（电流的电源电压大晓而言。理论上ｌｅａｋ电力会随着温度上升不断增加．如果未有效抑制热量意味着１ｅａｌ【电力会引发更多的热量．造成１ｅａｋ电力持续上升恶性循环后果。以Ｉｎｔｅｌ新推出的微处理器“ｎｉ唧ｐｒｏｃｅｓｓ）而言，它的消费电力之中６０％～７０％是属于１ｅａｋ电力＋一般认为未来１～２年ｌｅａｋ电力仍然扮演支配性角色。图１电子组件散热对策的变化趋势高弘毅在此同时系统整合业者．由于单位体积的热最不断膨胀．使得如何将机器内部的热量排除更是雪上加霜．因此系统整合业者转因而要求ＬｓＩ组件厂商，提供有效的散热对策参考模式，事实上Ｉｍｅｌ已经察觉事态的严重性，因此推出新型微处理器的同时．还提供下游系统整合业者有关ＬｓＩ散热设计的ｍｏｄｅｌｃａｓｅ．因此未来其他电子组件厂商未来势必跟进。如上所述ＬＳＩ等电子组件的散热对策．成为电子业界高度嘱目焦点．主要原因是电子产品性能快速提升所造威。以往计算机与数字家电业者大多忽视漏电电力问题的存在．甚至采取增加电力的手法补偿漏电电力造成的损失，Ｈ…１Ｕ¨ｏ『¨Ⅸ■｝ ◆以往：委由系统业者自行处理今后：组件厂商夸力支持可再啄■面ｉ而ｎ２２．　万方数据

电子产品热设计

目录摘要： (2) 第1章电子产品热设计概述： (2) 第1.1节电子产品热设计理论基础 (2) 1.1.1 热传导： (2) 1.1.2 热对流 (2) 1.1.3 热辐射 (2) 第1.2节热设计的基本要求 (3) 第1.3节热设计中术语的定义 (3) 第1.4节电子设备的热环境 (3) 第1.5节热设计的详细步骤 (4) 第2章电子产品热设计分析 (5) 第2.1节主要电子元器件热设计 (5) 2.1.1 电阻器 (5) 2.1.2 变压器 (5) 第2.2节模块的热设计 (5) 电子产品热设计实例一：IBM “芯片帽”芯片散热系统 (6) 第2.3节整机散热设计 (7) 第2.4节机壳的热设计 (8) 第2.5节冷却方式设计： (9) 2.5.1 自然冷却设计 (9) 2.5.2 强迫风冷设计 (9) 电子产品热设计实例二：大型计算机散热设计： (10) 第3章散热器的热设计 (10) 第3.1节散热器的选择与使用 (10) 第3.2节散热器选用原则 (11) 第3.3节散热器结构设计基本准则 (11) 电子产品热设计实例三：高亮度LED封装散热设计 (11) 第4章电子产品热设计存在的问题与分析： (15) 总结 (15) 参考文献 (15)

电子产品热设计摘要：电子产品工作时，其输出功率只占产品输入功率的一部分，其损失的功率都以热能形式散发出去，尤其是功耗较大的元器件，如：变压器、大功耗电阻等，实际上它们是一个热源，使产品的温度升高。因此，热设计是保证电子产品能安全可靠工作的重要条件之一，是制约产品小型化的关键问题。另外，电子产品的温度与环境温度有关，环境温度越高，电子产品的温度也越高。由于电子产品中的元器件都有一定的温度范围，如果超过其温度极限，就将引起产品工作状态的改变，缩短其使用寿命，甚至损坏，使电子产品无法稳定可靠地工作。第1章电子产品热设计概述：电子产品的热设计就是根据热力学的基本原理，采取各种散热手段，使产品的工作温度不超过其极限温度，保证电子产品在预定的环境条件下稳定可靠地工作。第1.1节电子产品热设计理论基础热力学第二定律指出：热量总是自发的、不可逆转的，从高温处传向低温处，即：只要有温差存在，热量就会自发地从高温物体传向低温物体，形成热交换。热交换有三种模式：传导、对流、辐射。它们可以单独出现，也可能两种或三种形式同时出现。 1.1.1 热传导：气体导热是由气体分子不规则运动时相互碰撞的结果。金属导体中的导热主要靠自由电子的运动来完成。非导电固体中的导热通过晶格结构的振动实现的。液体中的导热机理主要靠弹性波的作用。 1.1.2 热对流对流是指流体各部分之间发生相对位移时所引起的热量传递过程。对流仅发生在流体中，且必然伴随着有导热现象。流体流过某物体表面时所发生的热交换过程，称为对流换热。由流体冷热各部分的密度不同所引起的对流称自然对流。若流体的运动由外力(泵、风机等)引起的，则称为强迫对流。 1.1.3 热辐射物体以电磁波方式传递能量的过程称为热辐射。辐射能在真空中传递能量，且有能量方

电子产品热设计规范

电子产品热设计规范 1概述 1.1热设计的目的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。 1.2热设计的基本问题 1.2.1耗散的热量决定了温升，因此也决定了任一给定结构的温度； 1.2.2热量以导热、对流及辐射传递出去，每种形式传递的热量与其热阻成反比； 1.2.3热量、热阻和温度是热设计中的重要参数； 1.2.4所有的冷却系统应是最简单又最经济的，并适合于特定的电气和机械、环境条件，同时满足可靠性要求； 1.2.5热设计应与电气设计、结构设计、可靠性设计同时进行，当出现矛盾时，应进行权衡分析，折衷解决； 1.2.6热设计中允许有较大的误差； 1.2.7热设计应考虑的因素：包括结构与尺寸功耗产品的经济性

与所要求的元器件的失效率相应的温度极限电路布局工作环境 1.3遵循的原则 1.3.1热设计应与电气设计、结构设计同时进行，使热设计、结构设计、电气设计相互兼顾； 1.3.2热设计应遵循相应的国际、国内标准、行业标准； 1.3.3热设计应满足产品的可靠性要求，以保证设备内的元器件均能在设定的热环境中长期正常工作。 1.3.4每个元器件的参数选择及安装位置及方式必须符合散热要求； 1.3.5在规定的使用期限内，冷却系统（如风扇等）的故障率应比元件的故障率低； 1.3.6在进行热设计时，应考虑相应的设计余量，以避免使用过程中因工况发生变化而引起的热耗散及流动阻力的增加。 1.3.7热设计不能盲目加大散热余量，尽量使用白然对流或低转速风扇等可靠性局的冷却方式。使用风扇冷却时，要保证噪首指标符合标准要求。 1.3.8热设计应考虑产品的经济性指标，在保证散热的前提下使其结构简单、可靠且体积最小、成本最低。 1.3.9冷却系统要便于监控与维护 2热设计基础 2.1术语 2.1.1 温升

电子产品散热设计

YEALINK 产品热设计 VCS项目散热预研欧国彦 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,并且与产品的可热设计、冷却方式、散热器、热管技术

电子产品散热技术最新发展(下)

电子产品散热技术最新发展（下）．３８，僵虿丽Ｆｉ蕊面日本ＩＢＭ基于可靠性优先等考虑仍然采用空冷方式．它是利用小型ｈｅａｔｐｉｐｅ与冷却风扇的组合，将微处理器产生的热量排至外部。该公司在２００３年４月推出动作频率为３，０６ＧＨｚ微处理器的膝上型计算机，就是采用冷却性能比ｈｅａｔｐｉｐｅ更高的ｖａｐｏｒ与冷却风扇构成的散热器，这种新型散热器可将消费电力为８４Ｗ的微处理器的热量排至机体外部（图１１）。ＩＢＭ未采用水冷方式的理由有两项，第一是可靠性问题，由于ｐ砌ｐ等组件数量增高弘毅加，不但可靠性令人质疑．而且还会成本上升等后果：第二是采用水冷方式整体设计自由度相对受到限制，因为水冷模块必需附设热交换器，为了获得最佳化散热效率，反而造成其它单元的１ａｖｏｕｔ受到极大限制。有关冷却风扇的噪音，ＩＢＭ认为冷却风扇的大型化可以降低转速，进而减缓旋转造成的噪音。不过该公司也承认未来必需开发空冷以外的新技术。随着数码摄影机的ＣＣＤ像素增加与记录媒体的进步，轻巧小型　万方数据

已经成为无法避免的潮流趋势。类似上述数字产品属于可携式精密电子设备，所以防尘、防水的密封性，以及防止记录时噪音混入都是必备特性，换言之未来无冷却风扇的散热设计，势必成为市场主流。日立公司针对ＤＶＤ读写头的散热设计进行整体检讨，采用全新组件控制温度，以此稳定雷射的输出．使读写头的温度能抑制于７０℃以下。该公司的散热对策可分为三大项。分别是：（１）将基板产生的热量扩散至外筐散热。（２）利用遮屏将高发热基板与读写头隔离。（３）将基板与基板物理性距离分隔。有关第（１）项，将热量扩散至外筐散热，具体方法是使用铜质板材外筐。有关第（２）项，隔离高发热基板与读写，具体方法是使用葡锈钢遮屏，以此减少热量传导至读写头。第（１）项述及的铜质板材外筐厚度与形状，根据日立表示经过最佳化模拟分析，成本可降至石墨膜片的ｌ／５以下（图１２）。 ⅣＣ新推出的高像素数码摄影机，由于消费电力从以往的２～３Ｗ暴增至９．７Ｗ，加上摄影机使用ＭＰＥＧ压缩／解压缩单芯片ＬＳＩ，传统铜质外筐显然无法有效达成散热要求，因此改采小型ｈｅａｔｐｉｐｅ（图１３），根据实验结果小型ｈｅａｔｐｉｐｅ可使上述ＬＳＩ的工作温度降至６６℃以下。ＳＯＮＹ的２１１万像素数码摄影机，基于小型化与ＣｃＤ取像组件散热等考虑，同样是使用小型ｈｅａｔｐｉｐｅ，将ＣＣＤ的热量传至铝质舶ｍｅ，进而获得铜板无法比拟的热传导效率（图１４）。有关平面显示器（ＦＰＤ：ＦｌａｔＰａｎｅｌＤｉｓｐｌａｙ）的散热设计，不论是液晶电视与等离子电视．目前大多延用传统散热方法，不过内建图１３数码摄影机的内部散热结构（ＪＶＣ）ｔｕｎｅｒ基板，亦即所谓的ｔＬｍｅｒ一体型ＦＰＤＴＶ，未来若要达成无冷却风扇目标，ｔｕＩｌｅｒ基板上的组件散热对策就非常重要。ＳＨＡＲＰ的液晶电视，设计阶段便非常积极利用热模拟分析，仔细评估主要组件的实际动作温度，并检讨各电路板冷却设计，试图以此手法事先防范散热问题（图１５）。根据ＳＨＡＲＰ表示经过散热模拟分析的ｔｕＩｌｅｒ一体型ＦＰＤＴＶ，两个冷却风扇可减少一个．散热效果则完全相同。ＰＩＯＮＥＥＲ颞琢ｉ了菊石硇３璺．　万方数据

电子产品散热设计方法

产品的热设计方法介绍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，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。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。在本次讲座中将学到那些内容风路的布局方法、产品的热设计计算方法、风扇的基本定律及噪音的评估方法、海拔高度对热设计的影响及解决对策、热仿真技术、热设计的发展趋势。授课内容风路的设计方法20分钟产品的热设计计算方法40分钟风扇的基本定律及噪音的评估方法20分钟海拔高度对热设计的影响及解决对策20分钟热仿真技术、热设计的发展趋势50分钟概述风路的设计方法：通过典型应用案例，让学员掌握风路布局的原则及方法。产品的热设计计算方法：通过实例分析，了解散热器的校核计算方法、风量的计算方法、通风口的大小的计算方法。风扇的基本定律及噪音的评估方法：了解风扇的基本定律及应用；了解噪音的评估方法。海拔高度对热设计的影响及解决对策：了解海拔高度对风扇性能的影响、海拔高度对散热器及元器件的影响，了解在热设计如何考虑海拔高度对热设计准确度的影响。热仿真技术：了解热仿真的目的、要求，常用热仿真软件介绍。热设计的发展趋势：了解最新散热技术、了解新材料。风路设计方法自然冷却的风路设计设计要点 ?机柜的后门(面板)不须开通风口。 ?底部或侧面不能漏风。 ?应保证模块后端与机柜后面门之间有足够的空间。 ?机柜上部的监控及配电不能阻塞风道，应保证上下具有大致相等的空间。 ?对散热器采用直齿的结构,模块放在机柜机架上后,应保证散热器垂直放置,即齿槽应垂直于水平面。对散热器采用斜齿的结构,除每个模块机箱前面板应开通风口外,在机柜的前面板也应开通风口。风路设计方法自然冷却的风路设计设计案例风路设计方法自然冷却的风路设计典型的自然冷机柜风道结构形式风路设计方法强迫冷却的风路设计设计要点 ?如果发热分布均匀，元器件的间距应均匀，以使风均匀流过每一个发热源. ?如果发热分布不均匀，在发热量大的区域元器件应稀疏排列，而发热量小的区域元器件布局应稍密些，或加导流条，以使风能有效的流到关键发热器件。 ?如果风扇同时冷却散热器及模块内部的其它发热器件，应在模块内部采用阻流方法，使大部分的风量流

电子产品散热中的“烟囱效应”

电子产品散热中的“烟囱效应” 在做一些无风扇产品设计的时候经常会听到一个词汇“烟囱效应”，很多**希望发挥“烟囱效应”的作用来增强电子产品的散热。将建筑排烟的原理应用于电子产品的散热不失是一个聪明的做法。但仔细分析起来此效应与彼效应又不尽相同。对于“烟囱效应”的定义普遍的说法是指空气沿着有垂直坡度的空间上升或下降，造成空气加强对流的现象。因此从结果上讲，“烟囱效应”的作用是为了增强对流。不过建筑物利用强化对流来排烟/风，而电子产品利用强化对流来散热。从成因上讲，有人解释为是热空气的上升，冷空气的下降，即密度差的推动产生了“烟囱效应”。这种说法其实只讲出了“烟囱效应”的一部分成因。画一个烟囱来分析一下，如下图。气流在烟囱中的流动可归为管道流动，应该遵循伯努利方程，即或方程中包含3项：静压项，重力势项和动能或称动压项。前面提到的密度差的推动体现在重力势一项，在出口处空气密度大，垂直高度大，所以烟囱的出口处重力势大于入口处，这是“烟囱效应”产生的第一推动力。另一方面，我们看到的烟囱往往高高矗立，那么在烟囱出口端通常或强或弱的受到空气流动（风）的影响，所以出口处得气流速度比较高。而入口端通常连接室内，空气流动较弱，也就是下图中的v2大于v1，这使得烟囱出口处的动压大于入口处的动压，这是“烟囱效应”产生的第二推动力。

综合两方面原因，气流在烟囱出口处的重力势和动能都大于入口处，导致入口处的静压要强于出口处的静压，受静压的推动，气流从烟囱底部流向顶部，产生了强化对流的效果。对于自然对流散热的电子产品，我们通常能做到的是将风道设计为有一些垂直高度，这其实只利用了重力势的推动力，而无法利用到动压的推动力。这就是此效应（电子产品散热的烟囱效应）与彼效应（真实烟囱的效应）的差别。此效应其实并非完整意义上的“烟囱效应”。当然也有完整意义的在电子产品散热中应用，如爱立信推出的管塔基站，其将基站置于一个高高的管塔内部，管塔产生的烟囱效应增强了内部的对流，从而为内部的基站散热。

9电子产品散热技术最新发展

散热设计（九）电子产品散热技术最新发展晨怡热管https://www.360docs.net/doc/205542697.html,/news/42/2006-10-2 1:29:47 日期:2005-11-6 23:45:04 来源:电子设计资源网查看:[大中小] 作者：刘君恺热度：最近几年包含LSI、数字相机、行动电话、笔记型计算机等电子产品，不断朝高密度封装与多功能化方向发展，使得散热问题成为非常棘手的课题，其中又以LSI等电子组件若未作妥善的散热对策，不但无法发挥LSI的性能，严重时甚至会造成机器内部的热量暴增等后果。然而目前不论是LSI组件厂商，或是下游的电子产品系统整合业者，对散热问题大多处于摸索不知所措的状态，有鉴于此本文将介绍国外各大公司，针对电子产品实施的散热对策实际经验，同时还要深入探索散热技术今后的发展动向。散热技术的变迁如图1所示由于「漏电」问题使得LSI的散热对策是系统整合的责任，这种传统观念正面临极大的变革。此处所谓的漏电是指晶体管(transistor)的source与drain之间，施加于leak 电流的电源电压大晓而言。理论上leak电力会随着温度上升不断增加，如果未有效抑制热量意味着leak电力会引发更多的热量，造成leak电力持续上升恶性循环后果。以Intel新推出的微处理器(micro process)而言，它的消费电力之中60%～70%是属于leak电力，一般认为未来1～2年leak电力仍然扮演支配性角色。在此同时系统整合业者，由于单位体积的热量不断膨胀，使得如何将机器内部的热量排除更是雪上加霜，因此系统整合业者转因而要求LSI组件厂商，提供有效的散热对策参考模式，事实上Intel已经察觉事态的严重性，因此推出新型微处理器的同时，还提供下游系统整合业者有关LSI散热设计的model case，因此未来其它电子组件厂商未来势必跟进。

开关电源散热设计

散热设计的一些基本原则从有利于散热的角度出发,印制版最好是直立安装,板与板之间的距离一般不应小于2cm,而且器件在印制版上的排列方式应遵循一定的规则: ·对于采用自由对流空气冷却的设备,最好是将集成电路(或其它器件)按纵长方式排列,如图3示;对于采用强制空气冷却的设备,最好是将集成电路(或其它器件)按横长方式排列. ·同一块印制板上的器件应尽可能按其发热量大小及散热程度分区排列,发热量小或耐热性差的器件(如小信号晶体管、小规模集成电路、电解电容等)放在冷却气流的最上流(入口处),发热量大或耐热性好的器件(如功率晶体管、大规模集成电路等)放在冷却气流最下游. ·在水平方向上,大功率器件尽量靠近印制板边沿布置,以便缩短传热路径;在垂直方向上,大功率器件尽量靠近印制板上方布置,以便减少这些器件工作时对其它器件温度的影响. ·对温度比较敏感的器件最好安置在温度最低的区域(如设备的底部),千万不要将它放在发热器件的正上方,多个器件最好是在水平面上交错布局. ·设备内印制板的散热主要依靠空气流动,所以在设计时要研究空气流动路径,合理配置器件或印制电路板.空气流动时总是趋向于阻力小的地方流动,所以在印制电路板上配置器件时,要避免在某个区域留有较大的空域.整机中多块印制电路板的配置也应注意同样的问题. 电子设备散热的重要性在电子设备广泛应用的今天.如何保证电子设备的长时间可靠运行,一直困扰着工程师们.造成电子设备故障的原因虽然很多,但是高温是其中最重要的因素(其它因素重要性依次是振动Vibration、潮湿Humidity、灰尘Dust),温度对电子设备的影响高达60%. 温度和故障率的关系是成正比的,可以用下式来表示: F = Ae-E/KT 其中: F = 故障率, A=常数 E = 功率 K =玻尔兹曼常量(8.63e-5eV/K) T = 结点温度随着芯片的集成度、功率密度的日愈提高,芯片的温度越来越成为系统稳定工作、性能提升的绊脚石.作为一个合格的电子产品设计人员,除了成功实现产品的功能之外,还必须充分考虑产品的稳定性、工作寿命,环境适应能力等等.而这些都和温度有着直接或间接的关系.数据显示,45%的电子产品损坏是由于温度过高.可见散热设计的重要性. 如何对产品进行热设计,首先我们可以从芯片厂家提供的芯片Datasheet为判断的基础依.如何理解Datasheet的相关参数呢?下面将对Datasheet中常用的热参数逐一说明.

电子产品常用防水设计和防水处理方法

电子产品常用防水设计和防水处理方法随着苹果三星等行业巨头把手机防水搬上舞台，电子产品防水又一次回到公众视野，虽然我们不能也不需要长期带着某种电子设备在水下工作和生活，但有时生活中的意外会电子产品瞬间殒命，比如现在跑步运动的人辣么多，运动耳机就成了慢跑伴侣，但汗水或者雨水时常会侵扰耳机，久而久之耳机pcba就会被腐蚀，同样的问题也存在于其它电子产品中，所以高品质的产品防水防潮防酸碱腐蚀应该成为一种标配。但让产品防水实际上是个较复杂的工艺，需要内外结合的设计，苹果就为了iphone7系列和iwatch上花了很多心思，终于实现ip68，青山新材料小编认为如何让产品防水工艺更简单，需要我们去思考改进并大胆尝试。电子产品常见的防水设计方案一、结构防水结构防水是电子产品防水最为传统的模式，也应该是大多数工程师们最先想到的办法，主题思想是疏水，导流，外部封装与内部电气部分的有效隔离，产品的模具设计以及各种封堵是要点，当然越是复杂模具的成本也不便宜。比如前几年部分防水手机在设计耳机孔，充电口时候采用防水盖等设计方法，就是从外部着手去堵水，从而达到防水的目的。手机防水设计即便是从结构上做很多的改变依然无法更好的阻止水气的浸入，因为电子产品特别是手机、耳机类的产品是使用非常频繁的产品，使用者对外观的人为非人为破坏都是随时存在的，外观在使用过程中自身也存在着变形的风险，外观结合处的缝隙也会随之变形，成为潜在的担忧。二、灌封防水灌封方式防水目前常见的是采用环氧树脂灌封胶，是用于电子产品模组的灌封，可以将整个pcb板包裹其中，从而起到防水、防潮、防盐雾、防霉菌、抗震、抗外力冲击等，环氧树脂是饱和性树脂，以其为基材生产的环氧树脂灌封胶具有本体强度高、粘接力强、耐候性好、收缩率低、绝缘强度高、无毒环保等特性，灌封后能在-45-120℃间稳定的机械和电气性能。能对电路板全方位保护，极大提高电路板的使用寿命。但同时也存在一些比较致命的问题，比如pcb板的散热将会非常受影响，最麻烦的是产品几乎没有返修的可能，或者说返修成本过高。电子产品树脂灌封胶防水三、表面涂层防水（1）三防漆类三防漆也叫线路板保护油、披覆油、防水胶、绝缘漆、防潮漆，三防漆类产品普遍比较厚，基本上涂层厚度会达到50微米，散热不好，粘稠度高，一公斤产出比较低，干燥慢，甚至要一两小时才能干，三防漆是在电子产品pcb板上涂覆固化一层胶膜，用于电路板防潮、防腐蚀、防盐雾，但这层膜只能防护潮气和少量的水份，如果电子产品完全浸入水中工作它就会失效;由于三防漆自身工艺原因，因此不抗摔、不抗振动，受外力冲击容易剥落，对pcb板的防护作用非常有限，用肉眼直接观察很难看出来是否涂覆均匀。目前很多三防漆依然使用挥发性溶剂，对人体与环境有很大伤害，这对于一些产品要出口欧美的制造企业来说环保不能达标。灌封胶对电路板的防护作用超过三防漆。如果只要起到一个最基本的防护作用,是可以选用三防漆防护。

电子产品热仿真规范

1.目的 1.1.规范我司产品热仿真建模标准。 1.2.供热传工程师在建模过程中作参考。 2.范围 2.1.本规范明确规定我司产品热仿真过程中的方法和要求，适用于我司单板级、系统级等所有产品的热仿真。 2.2.本规范适用于FLOTHERM热仿真软件。 3.定义 3.1.导热系数：是指在稳定传热条件下，1m厚的材料，两侧表面的温差为1度（K，°C）, 在1秒内，通过1平方米面积传递的热量，用λ表示，单位为瓦/（米.度），w/（m.k）3.2.辐射：是能量以电磁波或粒子（如阿尔法粒子、贝塔粒子等）的形式向外扩散。自然界中的一切物体，只要温度在绝对温度零度以上，都以电磁波和粒子的形式时刻不停地向外传送热量，这种传送能量的方式被称为辐射。 4.职责 4.1.热仿真负责人 4.1.1.热传工程师：负责产品开发阶段的热仿真分析，并按模板要求输出热仿真报告。 4.2.热仿真报告审核人： 4.2.1.直接主管：负责对热仿真报告及散热方案进行审核。 4.2.2.项目经理：组织项目成员对热仿真报告及散热方案评审。 5.工作程序 5.1.背景 5.1.1.热仿真分析技术介绍电子设备热仿真软件是基于计算传热学技术（NTS）和计算流体力学技术（CFD），发展电子设备散热设计辅助分析软件。它可以帮助热设计工程师验证、优化热设计方案，满足产品快速开发的需要，并可以显著降低产品验证热测试的工作量。其主要思想是：把原来在时间域和空间域上连续的物理量的场，如温度场、速度场、压力场等，用一系列有限个离散点上的变量值的集合来代替，通过一定的原则和方式建立起关于这些离散点上场变量之间关系的代数方程组，然后计算机数值计算求解代数方程组获得场变量的近似值。目前商业的热仿真软件种类繁多，有基于有限体积法的Flotherm、I-deas、Icepak、CFDesign、Thermal、Cool it、Betasoft，及基于有限元的Ansys等，其中Flotherm、I-deas、Icepak占据绝大部分的市场份额。 5.1.2.热仿真优点和作用

电子产品高温老化的原理

电子产品高温老化的原理类别：网文精粹阅读：1015 随着电子技术的发展，电子产品的集成化程度越来越高，结构越来越细微，工序越来越多，制造工艺越来越复杂，这样在制造过程中会产生潜伏缺陷。对一个好的电子产品，不但要求有较高的性能指标，而且还要有较高的稳定性。电子产品的稳定性取决于设计的合理性、元器件性能以及整机制造工艺等因素。目前，国内外普遍采用高温老化工艺来提高电子产品的稳定性和可*性，通过高温老化可以使元器件的缺陷、焊接和装配等生产过程中存在的隐患提前暴露，保证出厂的产品能经得起时间的考验。 1 高温老化的机理电子产品在生产制造时，因设计不合理、原材料或工艺措施方面的原因引起产品的质量问题有两类，第一类是产品的性能参数不达标，生产的产品不符合使用要求；第二类是潜在的缺陷，这类缺陷不能用一般的测试手段发现，而需要在使用过程中逐渐地被暴露，如硅片表面污染、组织不稳定、焊接空洞、芯片和管壳热阻匹配不良等等。一般这种缺陷需要在元器件工作于额定功率和正常工作温度下运行一千个小时左右才能全部被激活（暴露）。显然，对每只元器件测试一千个小时是不现实的，所以需要对其施加热应力和偏压，例如进行高温功率应力试验，来加速这类缺陷的提早暴露。也就是给电子产品施加热的、电的、机械的或多种综合的外部应力，模拟严酷工作环境，消除加工应力和残余溶剂等物质，使潜伏故障提前出现，尽快使产品通过失效浴盆特性初期阶段，进入高可*的稳定期。电子产品的失效曲线如图1所示。老化后进行电气参数测量，筛选剔除失效或变值的元器件，尽可能把产品的早期失效消灭在正常使用之前。这种为提高电子产品可*度和延长产品使用寿命，对稳定性进行必要的考核，以便剔除那些有“早逝”缺陷的潜在“个体”（元器件），确保整机优秀品质和期望寿命的工艺就是高温老化的原理。 2 高温老化室空间结构和绝热措施 2.1 老化室的空间布置根据电子产品高温老化的要求以及我单位的实际情况，对一间厂房进行了改造装修，其重点放在空间布置和绝热设

自然散热电子产品的外壳热设计

自然散热电子产品的外壳热设计摘要：以有线电视网络传输数据监控模块为例，通过对其外壳的散热理论分析和仿真计算，研究和探讨了自然散热产品的外壳设计方法。关键词：自然散热；外壳设计；压铸；铝合金；锌合金随着三网融合的推进，在广电传媒领域，数字化的新媒体带来了一场深刻的革命[1]。有线电视网络双向化数字化改造是广电业占领新的信息产业版图的重要实施举措。有线带宽的提高、高清视频、IP数据业务、语音业务、数据点播等的开展，对有线电视传输设备提出了更高的要求，热问题在产品的研发过程中越来越突出，特别是传输干路和支路上的野外型和室外型设备的设计研发。这类设备以自然散热为主要散热途径，使用环境复杂多变，所在的网络平台历史较长，各地运营商对设备的要求和标准也参差不齐，产品结构方面可变的设计条件也有限，所有这些限制因素都增加了结构设计的难度，提出了更高的要求。本文以有线电视网络传输数据监控模块（简称DOCSIS 模块）的设计为例，探讨了以自然散热为主的设备的外壳热设计要素和方法。 1.挑战和机遇 DOCSIS模块是配合DOCSIS网络而产生的新模块，是代替现有HMS应答器的产品。该模块普遍应用于CATV传输网络的光站和放大器设备中，这些设备基本都是野外型或是室外型。由于HMS模块已经应用在诸多的光站和放大器平台中，因此，DOCSIS模块的外形尺寸和连接器位置都不能改变。但由于DOCSIS模块功能的极大提升、新的集成芯片的使用，模块的功耗有成倍的增长。在有限的空间范围内，模块热设计遇到了极大的挑战。近十年，传统的锌、镁、铝合金的加工技术有较快的发展，导热材料的热导率有很大的提升，有限元热设计分析工具更是被广泛应用，这给外壳热设计提供了强有力的技术支持。 2.热设计理论分析为了达到理想的散热效率，将主要发热芯片与产品外壳通过导热材料相连，从而有效降低从芯片结到外部空气的传热热阻。将产品的导热简化成下图，在此仅讨论稳态场产品的散热：其中t_j为芯片的结温，t_c为芯片的表面温度，γ是导热材料的厚度，t_TIM 是导热材料的温度，δ是外壳设计厚度，t_h是外壳的温度，t_a是模块工作的外部环境温度，h是机壳表面自然对流换热系数。稳态场指产品达到热平衡时，各部件的温度几乎不变的热场分布。稳态场性能反应了电子产品正常工作情况下的热学性能。

产品的热设计介绍

本课程详细讲述了风路的设计方法、产品的热设计计算方法、风扇的基本定律及噪音的评估方法、海拔高度对热设计的影响及解决对策、热仿真技术、热设计的发展趋势。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，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。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。在本次讲座中将学到那些内容风路的布局方法、产品的热设计计算方法、风扇的基本定律及噪音的评估方法、海拔高度对热设计的影响及解决对策、热仿真技术、热设计的发展趋势。授课内容风路的设计方法 20分钟产品的热设计计算方法 40分钟风扇的基本定律及噪音的评估方法 20分钟海拔高度对热设计的影响及解决对策 20分钟热仿真技术、热设计的发展趋势 50分钟概述风路的设计方法：通过典型应用案例，让学员掌握风路布局的原则及方法。产品的热设计计算方法：通过实例分析，了解散热器的校核计算方法、风量的计算方法、通风口的大小的计算方法。风扇的基本定律及噪音的评估方法：了解风扇的基本定律及应用；了解噪音的评估方法。海拔高度对热设计的影响及解决对策：了解海拔高度对风扇性能的影响、海拔高度对散热器及元器件的影响，了解在热设计如何考虑海拔高度对热设计准确度的影响。热仿真技术：了解热仿真的目的、要求，常用热仿真软件介绍。热设计的发展趋势：了解最新散热技术、了解新材料。风路设计方法自然冷却的风路设计设计要点 ?机柜的后门(面板)不须开通风口。 ?底部或侧面不能漏风。 ?应保证模块后端与机柜后面门之间有足够的空间。 ?机柜上部的监控及配电不能阻塞风道，应保证上下具有大致相等的空间。

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。在规定的使用期限内，冷却系统的故障率应比元器件的故障串低，湖lJ是对一些强迫冷却系统和蒸发冷却系统，为保证产品正常可取地工作，常采用冗余方案来保证冷却系统的可靠性，同时要在系统中安装安全保护装置，例如流量开关、温度继电器、压力继电器等。