电子设备热分析、热设计及热测试技术综述及最新进展
电气设备的热管理与散热技术的最新研究进展
电气设备的热管理与散热技术的最新研究进展在当今科技飞速发展的时代，电气设备在各个领域的应用日益广泛，从日常生活中的电子设备到工业生产中的大型机器，从通信领域的基站到新能源汽车的动力系统，电气设备的性能和可靠性对于我们的生活和工作有着至关重要的影响。
而热管理与散热技术则是保障电气设备正常运行、延长使用寿命、提高性能的关键因素之一。
随着电气设备的功率密度不断提高，对热管理与散热技术的要求也越来越高，相关的研究也在不断深入和拓展。
一、电气设备热管理与散热技术的重要性电气设备在工作过程中，由于内部的电阻、电感等元件会产生热量，如果这些热量不能及时有效地散发出去，就会导致设备温度升高。
过高的温度会对电气设备的性能产生多方面的不利影响。
首先，温度升高会导致电子元件的电阻增大，从而增加电能的损耗，降低设备的工作效率。
其次，高温会加速电子元件的老化，缩短其使用寿命。
此外，过高的温度还可能导致设备出现故障，甚至引发火灾等安全事故。
因此，有效的热管理与散热技术对于保障电气设备的性能、可靠性和安全性具有重要意义。
二、传统的热管理与散热技术在过去的几十年中，已经发展出了多种传统的热管理与散热技术，如自然对流散热、强制风冷散热和液冷散热等。
自然对流散热是一种依靠空气的自然流动来带走热量的方法，其结构简单、成本低，但散热效果有限，通常适用于功率较小、发热较低的电气设备。
强制风冷散热则是通过风扇等设备强制推动空气流动，加快热量的散发。
这种方法散热效果较好，但风扇的噪声较大，且在一些恶劣环境下（如灰尘较多的场所）可能会出现故障。
液冷散热是利用液体（如水、油等）的高比热容和良好的导热性能来带走热量。
液冷散热的效率高，但系统复杂，成本较高，且存在液体泄漏的风险。
三、最新的热管理与散热技术研究进展（一）相变材料散热技术相变材料（PCM）是一种在特定温度下能够发生相变（如从固态变为液态或从液态变为固态），并在相变过程中吸收或释放大量热量的材料。
电子装备热控新技术综述(上)
中图分 类号 ： Ｋ Ｔ３
文 献标 识码 ： Ａ
文章编 号 ：０ ８—５ ０ （ ０ ８ ０ ０ ０ —１ １０ ３ ０ ２ ０ ） １— ０ １ ０
Ａ ｖ ｅ ｏ ｈ ｅ ｍａ ｎ ｒ ｌＴｅ ｈ ｏｏ ｉ ｓｆ ｒＥｌ ｃ ｒ ｎ ｃ Ｓ ｓｅ ： ａ ｔＩ Ｒｅ ｉｗ ｆｔ ｅ Ｔｈ ｒ ｌＣｏ ｔｏ ｃ ｎ ｌ ｇ ｅ ｏ ｅ ｔｏ ｉ ｙ ｔｍｓ Ｐ ｒ
ＰＩ ＮＧ ｉ ａ ＱＩ Ｊ— ｕ， — ａ Ｌ— ｏ， ＡＮ ｉ ｈ ｙ ＸＵ Ｄｅ ｈ ｏ
（ ａｆ ｇ Ｒ ｓａｃ ｓ ｔｔ ｏ ｌ ｔ ｎｃ Ｔｃｎ ｌ ｙ Ｎ ｎｉ １０ ，Ｃ ｉａ Ｎ ｎ ｎ ｅ ｒ Ｉ ｔｕ Ｅ ｅ ｒ ｉ ｅｈ ｏｏ ， ａｊ ｇ２ ０ １ ｉ ｅ ｈ ｎ ｉ ｅｆ ｃｏ ｓ ｇ ｎ ３ ｈｎ ）
ｔｅｔ ｒ ａ ｉｔ ｆｃ ｔｒ ｌ Ｔ Ｍ） ｈ ａ ｓｒａ ｃ ｎ ｌ ｙ ｈ ａ ｐｐ ｎ ｓ ａ ｉｃｔ ｎａ ｄｔｅ ｅ ｉ ｈ ｅ ｌ ｎｅ ａｅｍａ ｉ （ Ｉ ， ｅ ｔ ｐｅ ｄｔ ｈ ｏｏ ， ｅｔ ｉｅａｄｉ ｍ ｆ ａｉ ｎ ｗ ｈｇ ｈｍ ｒ ｅａ ｅ ｇ ｔｒ ｉ ｏ ｈｎ ｈ
ｔｅｍ ｄ ｌｒ ｉｒｗ ｖ ｔｇａ ｄｃｒｕｔ ＭＭＩ ）ｄ ｖ ｅ ， ｈ ｅ ｅａｅ ｅｔ ｕ ｅｔ ｇｈｇ ｅ ｄｈｇ — ｈ ｏ ｕａ ｃｏ ａ ｅ ｎｅｒｔ ｉ ｉ ｍ ｉ ｅ ｃ ｓ（ Ｃ ｅ ｉ ｓ ｔｅｇｎ ｒｔ ｈａ ｆ ｘ ｓｇｔｎ ｉｈｒ ｎ ｉ ｃ ｄ ｉ ｌ ｉ ａ ｈ
维普资讯
２０ ０ ８年第 ２ ４卷第 １ 期
２ ８． １ ２ ．１ ｏｏ Ｖｏ ． ４ Ｎｏ
电 子 机 械 工 程
Ｅｌｃ ｒ — Ｍ ｅ ｈａ ｃ ｅ ｔｏ ｃ ｎｉａｌＥｎｇ ｎｅ ｒｎｇ ｉ ｅｉ
电气设备的热管理与散热技术的最新进展
电气设备的热管理与散热技术的最新进展在当今科技飞速发展的时代，电气设备在各个领域的应用日益广泛，从消费电子到工业制造，从通信设备到新能源汽车，无一不依赖高效可靠的电气设备。
然而，随着电气设备性能的不断提升和集成度的逐渐增加，其发热问题也变得愈发严重。
过高的温度不仅会影响设备的性能和稳定性，还可能缩短设备的使用寿命，甚至引发安全隐患。
因此，电气设备的热管理与散热技术成为了保障设备正常运行的关键因素。
近年来，这一领域取得了一系列令人瞩目的进展，为电气设备的发展注入了新的活力。
一、电气设备热产生的原因及影响电气设备在工作过程中，电能的转换和传输不可避免地会产生热量。
例如，在集成电路中，电子的流动会与晶格发生碰撞，导致能量损耗并转化为热能；在电机中，电流通过绕组时的电阻损耗以及铁芯中的磁滞和涡流损耗都会产生大量的热。
此外，设备内部的元件之间以及元件与周围环境之间的热阻也会阻碍热量的散发，进一步加剧了温度的升高。
高温对电气设备的影响是多方面的。
首先，它会降低电子元件的性能，例如导致电阻值的变化、电容的漏电增加以及半导体器件的载流子迁移率下降等，从而影响设备的精度和可靠性。
其次，高温会加速材料的老化和氧化，缩短设备的使用寿命。
在极端情况下，过高的温度还可能导致设备的短路、起火甚至爆炸，造成严重的安全事故。
二、传统散热技术及其局限性为了应对电气设备的发热问题，传统的散热技术主要包括自然对流散热、强制风冷散热和液冷散热等。
自然对流散热是最简单也是最常见的散热方式，它依靠空气的自然流动来带走热量。
这种方式无需额外的动力装置，成本低，但散热效率也相对较低，适用于发热量较小的设备。
强制风冷散热则通过风扇等装置强制推动空气流动，增加了空气与散热表面的接触速度和流量，从而提高了散热效率。
然而，风扇的运行会产生噪音，而且在一些灰尘较多的环境中，风扇容易吸入灰尘，影响散热效果。
液冷散热则利用液体的高比热容和良好的导热性能来吸收和传递热量。
电子元器件热管理技术综述
电子元器件热管理技术综述一、引言电子元器件热问题是研究电子设备性能、可靠性及寿命等的重要方面。
随着电子元器件的不断挑战极限，热问题越来越成为设计、制造和应用过程中面临的主要挑战之一。
因此，开发高效的电子元器件热管理技术成为重要的研究方向。
本文旨在对电子元器件热管理技术的一些进展进行综述，包括散热设计、热传导材料、液冷技术、透明导电膜等方面。
二、散热设计散热设计是目前电子元器件热管理的主要方法之一。
散热设计的目的是将端口和使用电器的热量有效地转移给环境。
一种常见的散热设计方法是采用散热器，该器件可提供更大的表面积，增加热量与环境接触面积。
为了提高散热器的散热效率，可使用铝和铜等高导热材料制成。
此外，散热器还可采用风扇等形式以达到更好的散热效果。
另一种散热设计方法是采用塔式散热器，当空间限制或需要设计一个冷却系统时，可采用该方法。
该散热器的原理是采用由一系列冷却塔构成的结构以增加散热面积，使得热量被透传。
其中，液态冷却的塔式散热器可采用热交换器或冷却液循环来实现更高的热传输效率。
三、热传导材料采用高导热材料与电子元件相接触，可有效地提高热传输效率。
目前常用的热传导材料有导电胶和热硅脂。
导电胶的优势在于极好的导热性能，可以通过填充空隙，将导致热不良的地方与散热器连接起来。
而热硅脂则是一种热传导性能良好的材料，可以实现两个部件之间的热传输。
此外，近年来，一些新型的热传导材料也在逐渐崭露头角，如碳纳米管等。
四、液冷技术液冷技术是另一种有效的电子元器件热管理技术。
相对于空气冷却，液冷可以提供更好的散热效果，并且可提供更大的热传输介质。
液冷技术的实现方式有多种，如热交换器、热管、热泵等。
其中，热管技术是一种新型的液冷技术，其原理是采用一种特殊的管，使内部的液体沿吸附量分布，从一个部分传热到另一个部分。
该技术具备适应性、高效性和可靠性等优点。
五、透明导电膜透明导电膜是近年来广泛研究的一种电子元器件热管理技术，其特点是可同时实现高透明度和良好的导电性能。
电子设备热设计方法浅析
电子设备热设计方法浅析摘要：元器件的工作温度是影响电子产品使用寿命和可靠性的重要因素。
本文主要针对电子设备的热设计方法进行分析，阐述了热设计在产品研发过程中的必要性，提出了一些散热设计的思路和结构方案，希望可以为今后的设计工作提供参考。
关键词：电子设备；可靠性；散热设计；结构方案前言在电子产品的开发过程中，设计过程是其重要的环节之一。
这个过程中的安全性、稳定性等方面直接保证了产品的正常工作。
随着高功率集成芯片的快速发展，其单位面积的发热量急剧增加，导致电子设备的工作温度迅速增高，从而使设备更容易频繁的发生故障。
正确的热设计是电子产品可靠性保证的主要方法之一。
因此，对电子设备的散热设计进行研究变得至关重要。
1、热设计概念电子设备热设计系指对电子设备的热耗散单元以及整机或系统采用合适的冷却技术和散热结构设计，对其温升进行控制，从而保证电子设备或系统的正常工作和可靠性。
热设计按级别一般分为三类，电子机箱机柜的系统级热设计；电子模块、PCB板级的热设计；元器件芯片级别的热设计。
通常，对于工作环境相对固定的电子设备，其热应力主要来自两方面：设备或系统工作过程中，功率元器件耗散的热量，即由电能转换为热能；设备或系统周围的工作环境，通过导热、对流或辐射将热量传递给电子设备。
所以，热设计的总原则就是自热源至耗散空间（环境）之间提供一条尽可能低的热阻通路，使热量迅速的传递出去。
2、常用散热技术2.1自然散热2.1.1自然散热中的传导在大部分的情况下，元器件的热量主要利用接触面以热传导的形式散发。
界面热阻的理论计算公式如下：式中：θTIM——热界面材料有效综合热阻；KTIM——热界面材料的导热系数；T——热界面材料的厚度；Rc——热界面材料与接触表面的接触热阻。
在设计中要遵循以下基本原则：1）要尽量减少传热路径上的分界面，缩短传热路径；2）增大热传导面积，增加与发热器件的接触面积，保证接触面光滑平整；3）使用合适的导热界面材料，保证足够的接触压力，减少接触热阻。
电子设备热分析、热设计及热测试技术综述及最新进展
第ｌ期
吕永超，等：电子设备热分析、热设计及热测试技术综述及最新进展
７
有限元法对不规则几何区域的适应性好，但在对 流项的离散处理及不可压缩Ｎａｖｉｅｒ—ｓｔｏｋｅｓ方程的原 始变量法求解方面不如有限容积法发展成熟。
有限分析法是８０年代初发展起来的一种数值方 法，它可以克服在高Ｒｅ数下有限差分法及有限容积 法的数值解容易发散或振荡的缺点，但其计算工作量 较大，对计算区域几何形状的适应性也较差。
图３微波晶体管的发展趋势
滞后，水平较低，尚处于初期阶段，但这几年也逐渐认 识到了该研究对航空航天及军事方面的重要性及迫切 性。
美国在７０年代就颁发了可靠性热设计手册；日本 电器公司１９８５年推出的巨型计算机已采用水冷技术； 而且国外很多公司都在致力于各种电子设备冷却方法 的计算机辅助热分析软件的开发，力求快速准确地计 算出电子设备的温度分布。
Ｊｏｎａｔｈｏｎ Ｗｅｉｓｓ等人通过对电子元件封装的热分 析，提出电子系统可靠性的关键是保持ＩＣ的结点温度 低于允许工作温度点。美国奥克兰大学Ｂ．ｃａｈｌｏｎ等 对对流冷却及对电子元件的优化布局进行了研究，建 立了电子设备强迫对流冷却的数学模型。
我国国防科工委也于１９９２年７月发布了国家军 用标准ＧＪＢ／ｚ２７—９２《电子设备可靠性热设计手册》， 提供了军用电子设备热设计，热可靠性分析与鉴别的 方法，提供了热设计的基本理论和计算方法，是进行热 设计的基本依据。
具体来说，电子设备的热设计包括选择合适的冷 却方式，布置冷却剂流型及方向以及排列封装内的电 子部件等。对于具体的热设计，在选择冷却方法时应 考虑下列因素：设备的热流密度（或体积功率密度）， 总功耗，能提供散热的表面积和体积，设备和元器件工 作的允许温升，冷却剂类型，冷却剂流量和人口温度， 环境温度及其它的特殊要求。
电子线路设计中的热分析技术
电子线路设计中的热分析技术在电子线路设计中，热分析技术是非常重要的一项工作。
热问题是影响电子设备性能、寿命和可靠性的重要因素，因此在设计阶段进行热分析是非常必要的。
首先，热分析技术主要有两种方法：数学模拟和实验测试。
数学模拟是通过计算机模拟软件对电子元件和线路板进行热仿真分析，从而获得元件的温度分布、热流分布等参数。
这种方法可以快速、低成本地对电子线路进行热分析，帮助设计师快速优化方案。
而实验测试则是通过实际的热测试设备对电子线路进行测试，获取真实的温度数据。
这种方法可以验证数学模拟的准确性，确保设计方案的可靠性。
其次，热分析技术在电子线路设计中的作用主要有四个方面。
第一，通过热仿真分析可以预测电子设备的工作温度，及时发现潜在的热问题，避免在后期出现故障。
第二，可以优化电子元件和线路板的布局与散热设计，提高设备的散热效率，延长设备的使用寿命。
第三，可以降低产品的成本，避免在生产过程中因热问题导致的损失。
第四，热分析技术可以提高产品的稳定性和可靠性，提高用户体验和满意度。
在实际应用中，设计师应注意以下几点。
首先，设计师应该根据产品的使用环境和工作条件选择合适的热分析方法，确保热仿真结果的准确性。
其次，设计师应该合理设置仿真模型，选择合适的网格密度和求解方法，确保仿真结果的可靠性。
另外，设计师还应该对仿真结果进行合理的分析和解读，及时调整设计方案。
最后，设计师还应该不断积累实践经验，不断优化热设计技术，提高产品质量和市场竞争力。
总的来说，热分析技术在电子线路设计中起着非常重要的作用，设计师应该充分重视，并不断提高自己的热设计水平，为产品的可靠性和稳定性提供有力保障。
通过科学的热分析技术，可以有效降低产品的故障率，延长产品的使用寿命，提高产品的市场竞争力，为用户提供更好的产品体验。
希望设计师们能够不断学习、不断进步，将热分析技术应用到实际设计中，为电子产品的发展贡献自己的力量。
热分析技术应用综述
热分析技术应用综述热分析技术是一种刻画各种物质的有效地方法，它已经发展成为学术界和工业领域中有用的工具，可以用来实验性地研究物质的性质，从分析的结果中获得值得考虑的信息。
热分析技术的应用被广泛用于药物分析、材料性能评估、环境调查和纳米材料的研究等领域。
一、热分析技术种类热分析技术包括热重分析（TGA）、热释放分析（DSC）、熔点分析和熔融指数（MFI）等。
热重分析系统，能够测定样品固体、液体、蒸气状态下的温度、湿度、氧化还原状态及淀粉状态等，其应用广泛。
释放分析是一种物质的热响应的分析方法，可测定温度和物质的吸热或放热性质，可以用来评估材料的热力学性质、产品的稳定性、反应的活性、测定水分含量等。
熔点分析可以测定物质的熔点和熔融指数，可以用来评估材料的热力学性质、测定水分含量、纯度以及有机化合物的结构表征等。
二、热分析技术在药物分析中的应用热分析技术在药物分析中可以用来分析药物的热稳定性、药物的熔点、药物的湿敏度、药物的晶型以及药物的水分含量等。
热重分析系统可以测定药物的水分含量，分析结果可以提供有关药物成分在极端环境下的稳定性等方面的信息。
热释放分析可以测定药物分子的收热与释热特性，以评估它们的稳定性和反应活性；同时可以使用熔点分析系统来测定药物的熔点，并通过药物熔点和熔融指数，分析药物的结构特点、稳定性和对外界环境的影响。
三、热分析技术在材料性能评估中的应用热分析技术在材料性能评估中的应用可以帮助分析材料的热容量、热收缩率、热膨胀率、热导率和热质量等，这些特征可以用来评估材料在温度变化时的变形性能。
热重分析系统可以分析材料的湿敏性、放热特性和热力学性能；热释放分析可以分析材料的热能、热容量和热收缩率；熔点分析系统可以分析材料的熔点、熔融指数和热膨胀率等。
四、热分析技术在环境调查中的应用热分析技术在环境调查中的应用有多方面的研究。
一方面，它可以用来分析污染物、污水、废物和空气中的有害物质，通过分析结果了解污染物在温度变化下可能出现的变化，从而进行防治工作。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｒａｐｉｄ ｄｅＶｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｔｈｅ ｏＶｅｒｈｅａｔ ｐｍｂｌｅｍ ｉｓ ｂｅｃｏｍｉｎｇ ｍｏｒｅ ａｎｄ
ｍｏｒｅ ｐｒｏｍｉｎｅｎｔ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｒｅｓｅｎｔｓ ｕｓｅｆｕｌ ｗａｙｓ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓ ｃｏｏｌｉｎｇ ｄｅｓｉｇｎ ａＩｌｄ ｔｈｅｉｒ ｒｅｃｅｎｔ ｄｅ—
Ａ ＲｅＶｉｅｗ ｏｆ Ｔｈｅｍａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ，Ｔｈｅｍａｌ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｔｈｅｎｎａｌ Ｔｅｓｔ
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｔｈｅｉｒ Ｒｅｃｅｎｔ ＤｅＶｅｌｏｐｍｅｎｔ
ＬＵ Ｙｏｎｇ—ｃｈａｏ，ＹＡＮＧ Ｓｈｕａｎｇ－ｇｅｎ
（孤ｅ ３８琥鼢ｅｎｒｃ＾加舭抛矿∞粥，蚴ｉ ２３００３１，劬ｉ船）
电路板级的热设计、热分析和热测试主要研究电 路板的结构元器件布局对元件温度的影响以及电子设 备电路板的温度分布，计算出电子元器件的结点温度， 进行可靠性预计，其热设计则是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用温 度控制措施，达到降温的目的。
环境级的热设计、热分析和热测试主要研究电子 设备所处的环境温度的影响，环境温度是电路板级热 分析的重要边界条件，其热设计是采取必要的控制温 度措施使电子设备在适宜的环境温度下工作。
Ｊｏｎａｔｈｏｎ Ｗｅｉｓｓ等人通过对电子元件封装的热分 析，提出电子系统可靠性的关键是保持ＩＣ的结点温度 低于允许工作温度点。美国奥克兰大学Ｂ．ｃａｈｌｏｎ等 对对流冷却及对电子元件的优化布局进行了研究，建 立了电子设备强迫对流冷却的数学模型。
我国国防科工委也于１９９２年７月发布了国家军 用标准ＧＪＢ／ｚ２７—９２《电子设备可靠性热设计手册》， 提供了军用电子设备热设计，热可靠性分析与鉴别的 方法，提供了热设计的基本理论和计算方法，是进行热 设计的基本依据。
第ｌ期
吕永超，等：电子设备热分析、热设计及热测试技术综述及最新进展
７
有限元法对不规则几何区域的适应性好，但在对 流项的离散处理及不可压缩Ｎａｖｉｅｒ—ｓｔｏｋｅｓ方程的原 始变量法求解方面不如有限容积法发展成熟。
有限分析法是８０年代初发展起来的一种数值方 法，它可以克服在高Ｒｅ数下有限差分法及有限容积 法的数值解容易发散或振荡的缺点，但其计算工作量 较大，对计算区域几何形状的适应性也较差。
具体来说，电子设备的热设计包括选择合适的冷 却方式，布置冷却剂流型及方向以及排列封装内的电 子部件等。对于具体的热设计，在选择冷却方法时应 考虑下列因素：设备的热流密度（或体积功率密度）， 总功耗，能提供散热的表面积和体积，设备和元器件工 作的允许温升，冷却剂类型，冷却剂流量和人口温度， 环境温度及其它的特殊要求。
Ｖｅｌｏｐｍｅｎｔ．
Ｋｅｙ ｗｏ“ｂ：ｅｌｅｃｔｍｎｉｃ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓ ｃｏｏｌｉｎｇ；ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓ ｔｈｅ珊ａｌ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ；ｔｈｅ瑚ａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ；ｔｈｅ卜
ｍａｌ ｄｅｓｉｇｎ； ｔｈｅｎｎａｌ ｔｅｓｔ
Ｏ引 言
伴随着计算机、通讯、军用、航空航天及民用市场 等领域的需求，电子技术得到迅猛地发展。看到这样 一个事实：①电子器件的封装密度不断地提高，其热 流密度不断地增大；②电子产品向微型化方向不断发 展，功率更大而外形尺寸日益缩小；③电子产品已经 渗透到各个领域，其应用环境不断扩大，所使用的热环 境差异很大。电子产品的这些发展趋势使得电子设备 过热的问题越来越突出。电子设备的过热是电子产品 失效的主要原因之一，严重地限制了电子产品性能及 可靠性的提高，也降低了设备的工作寿命。研究资料 表明：半导体元件的温度升高１０℃，可靠性降低５０％。 因此电子设备内的温升必须予以控制，而运用良好的 散热措施来有效地解决这个问题则是关键。伴随着电 子技术的发展，解决电子设备过热问题的方法也在不 断地完善。
目前，国外在这方面的技术较为成熟，取得了许多 应用和理论上的成果。而国内由于电子工业的发展落 后于国外。因此在电子设备热技术方面的研究也相应
＋收稿日期：２００６一０５—２ｌ
万方数据
６
电子机械工程
第２３卷
ｌ
譬１
／Ｉ最大Ｉ 、
薹ｌ 越
销
／ ，√
煺
赣
窨 ｔ
ｌ最小ｌ一 ■ｐ一－ ’
·
＿
一
’
■
构
２
图２芯片的表面热流密度发展趋势
热分析方法主要有两类：分析方法和数值方法。 分析法苦于对高阶偏微分方程缺乏有效的求解方 法，只能求解一些简单的问题，但它对定性地分析影响 元器件温度的因素很有帮助。 随着现代计算机技术的飞速发展，用数值方法求 解传热学问题所占的比重越来越大。数值方法主要 有：有限差分法、有限容积法、有限元素法及有限分析 法等。 有限差分法是求解偏微分数值解的最古老的方 法。对简单的几何形状中的流动与传热问题也是一种 最容易实施的方法。其不足的是离散方程的守恒持性 难以保证，而最严重的缺点则是对不规则区域的适用 性差。 用有限容积法导出的离散方程可以保证具有守恒 性，而且物理意义明确，对区域形状的适应性也比有限 差分法要好，是目前应用最普遍的一种数值方法，而且 随着非结构化网格的研究，其对不规则几何区域的适 应性方面存在不足的现状也正在改进，有限容积法应 用的范围将更为广泛。
图３微波晶体管的发展趋势
滞后，水平较低，尚处于初期阶段，但这几年也逐渐认 识到了该研究对航空航天及军事方面的重要性及迫切 性。
美国在７０年代就颁发了可靠性热设计手册；日本 电器公司１９８５年推出的巨型计算机已采用水冷技术； 而且国外很多公司都在致力于各种电子设备冷却方法 的计算机辅助热分析软件的开发，力求快速准确地计 算出电子设备的温度分布。
解决电子设备过热问题，提高产品可靠性的相关
善
／／７
堪 程
ｒ］曰丌／
薛
罨 正
杓
．么／／逸ｔ划？一
，，
１２
图ｌ芯片的功率发展趋势
技术称为电子设备热技术。它主要包括：热分析、热设 计及热测试三大技术，是发现解决电子设备热缺陷不 可缺少的技术手段。这三大技术的集成以及在电子产 品开发中的并行应用，可以极大地缩短产品开发周期， 提高产品开发设计的经济性，保证电子产品的综合性 能。
对电子设备系统来说，要保证芯片、印制板及整个 系统均能可靠地工作。按电子设备结构层次（芯片 级、印制板级、系统级）的不同，相应地也提出电子设 备热设计、热分析和热测试的三个层次，即：芯片级的
万方数据
热设计、热分析和热测试，印制板级的热设计、热分析、 热测试，环境级的热设计、热分析和热测试。
芯片级的热设计、热分析和热测试主要研究芯片 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。
鉴于热设计、热分析和热测试技术对电子设备的 芯片、印制板及整个系统都很关键，下面就对电子设备 热设计、热分析和热测试的关键性技术作一分析。
１ 热分析主要技术
电子设备热分析，又称为热模拟，是利用数学的 手段在电子设备的概念设计阶段获得温度分布的方 法，它可以使电子设备设计人员和可靠性设计人员在 设计阶段就能发现产品的热缺陷，从而改变其设计。
２００７年第２３卷第ｌ期
电子机械工程
２００７．Ｖ０１．２３ Ｎｏ．１
日ｅｃｔｒｏ—Ｍ代ｈａＩＩｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎ∞ｒｉｎｇ
５
电子设备热分析、热设计及热测试技术 综述及最新进展＋
吕永超。杨双根 （中国电子科技集团公司第３８研究所， 安徽合肥２３００３１）
摘要：随着电子技术的迅猛发展，电子设备过热问题愈显突出。文中阐述了电子设备冷却设计的常用 手段及其最新的进展情况。 关键词：电子设备冷却；电子设备热技术；热分析；热设计；热测试 中图分类号：ＴＫｌ２４；ＴＮ０６ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００８—５３００（２００７）０１—０００５—０６
（１）空气自然对流冷却技术是利用设备中各个元 器件的空隙以及机壳的热传导、自然对流和辐射来达 到冷却目的，是一种安全、可靠和不需外加动力的冷却 方式，一般应优先考虑。但当电子设备的热流密度超 过０．０８ Ｗ／ｃｍ２时，这种冷却方法就已经不能够解决 它的冷却问题了。
（２）空气强迫对流冷却由于设计简单、使用方便 以及成本低等优点得到了充分的发展。但是由于空气 比热容小，风速受到噪音的限制又不能太大，因此空气 冷却的冷却能力一般不超过１．０ Ｗ／ｃｍ２。但因为强迫 风冷的诸多优点，使得许多科学家们都在不断力求在 这种技术上有所突破，提高它的冷却能力。乔治亚理 工大学封装研究中心所研究的微喷流技术，它是风冷
万方Байду номын сангаас据
数值技术确定ＰｃＢ板的温度分布。Ｄａｚ Ｇｕａｎｇ Ｌｉｕ等 人采用渐进波形估计概念的新技术求解温度分布。 Ｔｉｅｎｚ Ｙｕ Ｔｏｍ Ｌｅｅ等人采用计算流体动力学（ｃＤＦ）工 具预测便携式电子产品的温度。
我们对具体的问题作热分析时，要选择适合的热 分析方法。
２热设计主要技术与最新进展
热设计的总原则就是自热源至耗散空间（环境） 之间，提供一条尽可能低的热阻通路。解决热阻的方 法，一是控制电子元器件的内热阻，也即芯片级的热设 计；二是控制电子元器件或整机设备的外热阻，也即印 制板级和环境级的热设计。目的是控制电子元器件的 节点温度，使之在允许的工作温度范围内。
近年来，为了更加迅速、准确地模拟电子设备的 温度，许多学者致力于热分析技术的研究和探索，取 得了许多有参考价值的成果。