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。

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

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

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。

环。
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。

传热的基本计算公式
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

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。

电源热设计的主要内容热设计的主要内容热设计在广义上讲,是指热管理,包括热分析、热测试、热仿真、具体的热设计、热实验;在狭义上讲,是指热控制,即温度控制.从热控技术实现的角度,可分为被动热控技术和主动热控技术.1、被动热控技术被动热控技术主要依靠合理地设计系统的机械结构,适当地选取不同热物理性能的材料,正确地组织系统内外的热交换过程,使仪器设备能在复杂的热环境下运行工况都不超出允许的温度范围.被动热控技术本身没有自动调节温度的能力,因此在这种热控制方法中,合理地选择系统的总体设计参数和总装布局,正确选用热控涂层、导热和隔热材料等措施是非常重要的.被动热控技术的优点是技术较为简单,运行可靠,使用寿命长.一般地说,如果系统的内热源和外热流变化不大,而又没有不允许温度波动的仪器设备,仅仅使用被动方法就完全能够达到热控目的,将被控对象的温度控制在要求的范围内 .2、主动热控技术当系统的内热源或外热流随时间的波动较大时,为保持设备的工作温度稳定,保证系统正常工作,仅仅使用被动热控技术是不足以把系统的内部设备的温度控制在规定的范围之内的.在这种情况下,必须配合使用主动热控技术,当系统的内、外热流状况发生变化时,通过某种自动调节系统的动作,使系统设备的温度保持在指定范围内.与被动热控技术相比,主动热控技术的主要优点是具有可调节的热交换特性,它能根据被控对象运行中的实际热状况自动调节其热性质,从而调节对象的温度.因此装有主动热控系统会具有较大的适应内、外热状况的能力,具备较大的热控制能力.比起被动热控技术,主动热控要通过一定的机构动作或者通过电子控制线路来实现,因此,主动热控系统较为复杂.热控设计是根据任务要求以及系统在工作期间所要经受的内、外热负荷的状况,采取各种热控制措施来组织系统内、外的热交换过程,保证系统在整个运行期间所有的仪器设备、生物和结构件的环境温度水平都保持在规定的范围之内.热控设计根据所针对领域不同,有其不同的任务和设计原则.比如下面是航天领域:进行旱田热控设计的任务是确保受控系统的所有仪器设备、生物以及系统本身的构件的环境温度处于要求的范围之内.但是,系统中各种物体对温度的要求往往是不一样的.这是因为各温度的提出,其根据不尽相同.比如,有的是出于结构安全的要求,有的则是考虑工作性能的稳定,还有的是出于设计上的考虑,等等.可将各种温度的要求归于下面几类:1 )常温要求;2 )恒温要求; )高、低温要求; 4 )等温要求等.进行航天热控设计时一般需要考虑如下原则:1 )妥善处理热控系统与其他分系统(诸如结构、能源、控制、无线电等分系统)之间的矛盾;妥善处理包括地面段、上升段、轨道段和返回段各不同飞行阶段热控技术要求之间的矛盾,以求得最佳的折衷方案.2 )应使热控系统具有较高的适应性.即当飞行热环境以及内热源状况在某种程度上偏离设计值时,要有一定的适应能力.同时,设计中应考虑留有更换热载荷和局部修改设计的余地.这种更换和修改,对处于未定型阶段的设备,常常是难以避免的.另外,在某些情况下,可以考虑将热控系统设计成通用舱型式.3 )尽可能减轻热控系统的重量.进入轨道的每一千克有效载荷都需花费巨大的代价.依运行轨道的不同,有效载荷与运载器的重量比大约为0.1 %~ 1 %.因此,节约重量是航天系统设计的普遍原则之一.一个典型的热控系统的总重量大约不超过被服务系统整体重量的3 %~ 5 %.4 )尽可能少地消耗星上电能.航天器上的电能一般由化学电池、燃料电池或太阳能电池提供.因此,多使用一份电能,必然使电池多增加一份负担,并带来增加重量、增加配电系统以及结构系统的负担等一系列问题,甚至于会影响到轨道、寿命等问题.所以,热控设计必须优先考虑不消耗电能加热的热控技术,尽量利用被控系统内部废热以至吸收一部分星外热量作为热控使用.只有在不得已的情况下才考虑使用电能加热,而且往往仅对个别零部件而已.对于中小型不载生物的航天器,尤其如此.5 )热控方案设计应该考虑便于分析计算和热模拟试验.航天热控系统的设计与热计算和热模拟试验的关系极为密切.随着航天任务的日益复杂化和设备的大型化,分析计算工作更加复杂,地面模拟设备日趋庞大,试验费用迅速增加.因此,在进行设计时,就需考虑实现地面试验的可能性和经济性以及热计算的可能性.否则,不适当的处理将可能导致增加研制费用、延长研制周期以及降低设计的可靠性.6 )热控设计应顾及热控措施在工艺上的可行性;应考虑工厂的安装、测试,顾及试验中心进行的各种例行试验以及发射前的种种准备过程中所需进行的各种操作.就是说,热控设计时不仅要考虑到便于进行上述各种操作,而且要计及由此类过程可能对热控系统的性能带来的影响.同时亦应考虑在较长的存放期内,各热控表面及热控元件的保护、清洗,以保证长期存放而不变质.7 )热控设计应保证热控系统具有一定的可靠性.它在经历发射、轨道运行和回收等过程中,将经受力学环境、热真空环境以及宇宙空间高能粒子流的考验.热控系统中任何一个环节发生严重损坏都可能导致飞行任务的更改乃至完全失败.因此,热控系统以及各种热控材料、元件都必须具有高度的可靠性,都需按环境模拟条件通过验收试验.8 )热设计中应考虑降低航天器的投资费用.投资费用是系统工程的主要综合设计指标之一.要实现低费用,不仅在选择热控元件、材料时要详细分析论证,在保证航天任务的前提下选择费用最低的方案,而且还应考虑使研制过程本身就要节约人力物力、减少环节、提高效率、缩短时间.就是说,既要从航天器的技术指标的合理、使用器材的适当方面来减少费用,又要从研制过程的合理组织方面节省开支.。

电子产品环境测试标准电子产品在使用过程中需要面对各种不同的环境条件，如高温、低温、湿度、振动等。

因此，为了确保电子产品在各种环境条件下的可靠性和稳定性，制定了一系列的环境测试标准。

这些标准不仅可以帮助生产厂家提高产品质量，还可以保障消费者的权益，确保他们购买的产品在各种环境条件下都能正常工作。

首先，电子产品在高温环境下的测试标准非常重要。

在高温条件下，电子产品的各个部件容易受到热膨胀的影响，甚至可能导致部件损坏。

因此，高温环境测试标准通常包括在高温条件下对电子产品进行长时间运行测试，以及在高温条件下对产品的各项性能进行测试。

这些测试可以帮助生产厂家了解产品在高温环境下的工作状态，从而进行相应的改进和优化。

其次，低温环境测试标准也是至关重要的。

在低温条件下，电子产品的电池容易失效，电子元件的导电性能也会受到影响。

因此，低温环境测试标准通常包括在低温条件下对电子产品的电池寿命进行测试，以及对产品的低温启动性能进行测试。

这些测试可以帮助生产厂家确保产品在低温环境下的可靠性和稳定性。

此外，湿度环境测试标准也是不可忽视的。

在高湿度环境下，电子产品的电路板容易受潮，电子元件的绝缘性能也会受到影响。

因此，湿度环境测试标准通常包括在高湿度条件下对电子产品的绝缘性能进行测试，以及对产品的防潮性能进行测试。

这些测试可以帮助生产厂家确保产品在高湿度环境下的可靠性和稳定性。

最后，振动环境测试标准也是必不可少的。

在振动条件下，电子产品的连接件容易松动，电子元件的焊点也容易断裂。

因此，振动环境测试标准通常包括对电子产品在不同频率和幅度的振动条件下进行测试。

这些测试可以帮助生产厂家了解产品在振动环境下的可靠性和稳定性，从而进行相应的改进和优化。

总之，电子产品环境测试标准对于保障产品质量和消费者权益具有重要意义。

通过严格执行各项环境测试标准，生产厂家可以不断提高产品的可靠性和稳定性，确保产品在各种环境条件下都能正常工作。

同时，消费者也可以通过了解产品的环境测试标准，选择到更加可靠的电子产品，从而获得更好的使用体验。

Figure 1 : Junction Life Statistics
Figure 2: Major Causes of Electronics Failures
20%振动
55%温度
6%粉尘
19%潮湿
(Source : US Air Force Avionics Integrity Program)
电阻的并联： 1/R=1/R 1+1/R 2+.......
热电模拟法
热路及热网络的案例分析
热阻串联
R total = R th j-a = R th j-c + R th c-a
热阻并联
R total
R th j-a = R th j-c + R th c-a R th j-p-a = R th j-p + R th p-a
Heat sink
Heat source
对流
对流换热机理：
对流换热是发生在有温差的固体表面和运动流体 （气体或液体）间的换热过程，对流可以是自然和强 迫对流。自然对流是由冷、热流体温度变化引起的流 体内部密度差而产生的流动；强迫对流则是由外部方 式（泵或风机）造成的流体内压力不同引起的流动。
对流
只有在以下情况下才选择抽风： - 希望流场规则；各部分风量比较均匀，适用于热量分散的整机或机箱。
- 进风口无法安装风扇。 - 不希望风扇马达加热空气而对后面的元器件产生影响。 - 不希望热风吹到客户。
风扇的基本知识
通风机的特性曲线：指通风机在某一固定转速下工作，静压、效率和功 率随风量变化的关系曲线。
换热能力强）； - 破环边界层。
热辐射
辐射是发生在两种没有直接接触的表面, 能量通过电磁 波传递。电磁波是物体内部微观粒子的热运动状态发 生改变时激发出来的，所有物体大于0 K均发生热辐射

电子设备热设计概述【摘要】热设计在电子设备设计中具有重要作用，散热效果的好坏直接影响设备的性能指标和使用寿命。

如何提高产品的散热性能成为迫切需要解决的问题。

本文就热量传递方式、冷却方式的选择以及电子设备热设计方法等方面进行了简要概述。

【关键词】热设计；热量传递；散热0.引言现代电子设备结构越来越小，性能要求越来越高，不但支持多任务功能，而且具有更好的便携功能，由此会产生更多的系统热量，更大的热流密度。

大量的系统热量在设备中聚集，会严重影响设备的性能指标及使用寿命。

在电子产品中，高温对电子产品的影响包括，绝缘性能退化，元器件损坏，材料的热老化，低熔点焊缝开裂及焊点脱落，从而导致整个产品的性能下降以至完全失效。

因此在许多现代化产品的设计，特别是可靠性设计中，热设计已占有越来越重要的地位。

1.热设计概述1.1 热设计概述热设计是整个系统设计的一部分，它往往与结构设计、内部布局、电磁兼容要求等设计耦合在一起，必须综合考虑才能使整个产品达到优异的性能。

根据相关标准和规范，通过对产品各组成部分的热分析，确定所需散热措施，以调节所有机械部件、电子器件和其它一切与热有关的零部件的温度，使其本身及其所处的工作环境的温度都不超过标准和规范所规定的温度范围。

对于电子产品，最高和最低允许温度的计算应以元器件的耐热性能和应力分析为基础，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。

通过热设计在满足性能要求的前提下尽可能减少设备内部产生的热量，减少热阻，选择合理的冷却方式，保证设备在散热方面的可靠性。

1.2 热量传递方式热量传递有三种方式：传导、对流和辐射。

传导：两个良好接触的物体之间的能量交换或一个物体内由于温度梯度引起的内部能量交换。

对流：流动的流体（气体或液体）与固体表面接触，造成流体从固体表面将热带走的热传递方式。

根据引起流动的原因可以分为自然对流和强制对流。

辐射：物体通过电磁波来传递热量的方式称为热辐射。

挤压型材散热器（续）
使用实例：
RFN 散热齿
19L 机箱散热齿
二、热设计的方案
挤压型材散热器（续）
厂家实例：
二、热设计的方案
5、压铸散热器
把铝合金溶液倒入模具行腔通过高压成型，再经机械加工和表面 处理制成；其特点：
上下安装面可以不是平面，壁厚最好均匀

模具（开模）费用较高

可以形成不同的安装平面，相对来说二次机械加工较少
一、热设计基本知识
1、热量传导的三种基本方式
导热（传导）、对流、辐射 （1）导热的概念
一、热设计基本知识
导热的计算公式：
一、热设计的基本知识
导热的应用：
一、热设计的基本知识
（2）对流换热的概念
一、热设计的基本知识
对流换热的计算公式
一、热设计的基本知识
（3）辐射的概念
一、热设计的基本知识

目前商业的热设计软件种类繁多，有基于有限体积法的 Flotherm、I-deas、Ice-pack、Tas－Harvard thermal、Cool it、 Betasoft及基于有限元的Ansys等，其中Flotherm、I-deas、Icepack占据大部分的市场份额
三、热设计验证
热仿真（续）
仿真分析技术软件在产品开发的作用：

对产品的温度场作出预测，使我们在进行产品设计开发时关注 热点区域 进行各种设计方案的优劣分析，得出最佳的设计方案 对产品的风路进行优化，最大限度的提高散热效率


任何先进的仿真软件也永远无法代替人，软件只是热设计人员 所利用的工具之一；仿真软件结果的可靠性决定于热设计人员的经 验及理论水平
产品的热设计及验证
结构室：孙顺华 2013.05.08

电子设备机箱散热设计王英杰【期刊名称】《《电子测试》》【年(卷),期】2019(000)016【总页数】3页(P5-6,31)【关键词】电子设备; 机箱; 散热; 热设计【作者】王英杰【作者单位】天津京信通信系统有限公司广州分公司广东广州 510000【正文语种】中文1 电子设备机箱散热概述1.1 散热原理热量传递过程中，按照热传递方式分，散热方式可以分为三种：传导、对流、辐射。

按照传热机理分，散热方式可以分为：自然散热、强制散热（强制风冷散热、强制水冷散热）、热电制冷等。

1.2 热设计原则（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、电气设计三者相互兼顾。

（2）热设计应遵循相应的国际、国家、行业和企业技术标准。

（3）热设计应满足产品可靠性要求，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。

（4）每个元器件的参数选择及安装方式应符合散热要求。

（5）在规定的使用期限内，冷却系统（如风扇）的故障率应低于元器件的故障率。

（6）热设计应考虑相应的设计余量，以避免在使用过程中因工作环境不同而引起的热耗及热阻的增加。

（7）热设计散热余量应适宜，尽量使用自然散热或低转速风扇散热等可靠性高的冷却方式。

使用风扇散热时，要保证噪音指标符合要求。

（8）热设计应考虑产品经济性指标，在保证散热的前提下使其结构简单、可靠且体积成本相对最小最低。

（9）采用风扇散热方式应有适当监控风扇的系统，且能便于维护。

（10）在其他性能参数相同的情况下，应优先选用热耗较小、结温Tj高、热阻θjc较小的功率器件。

1.3 热设计技术指标热设计总的要求是通过对电子产品进行热分析、热设计与热测试，以建立起与设备可靠性要求及分配给每一个元器件的失效率相一致的环境温度控制系统，使电子元器件周围和电子元器件本身的温度不超过最大的指定范围。

（1）环境温度环境温度一般包括设备的存储温度和使用温度，室内室外存储环境温度要在-40℃～+85℃之间，室内使用环境温度0℃～+45℃之间，室外使用环境温度-40℃～+55℃之间。