热设计培训

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。

电子电气产品结构设计

在电子行业中的结构设计一般是：在电子设备中，由工程材料按合理的连接方式进行连接，且能安装电子元、器件及机械零、部件，使设备成为一个整体的基础结构，能够实现预定的电气、结构等功能。

而在电子行业中由于各种标准（国家标准、国际标准、行业标准等）对我们的设备提出了不同的要求。如标准YD-T 1095-2000《通信用不间断电源UPS》标准、《UL1778》等。

其中标准要求有：

4.1 环境条件

4.1.1 正常使用条件

环境温度：5°C~40°C；相对湿度≤93%[（40±2）°C，无凝露]

海拔高度应不超过1000m；若超过1000m时按GB/T3859.2规定降容使用。

4.1.2 贮存运输环境及机械条件

温度：-25°C ~ +55°C（不含电池）

振动、冲击条件应符合GB/T 14715-93中的5.3.2规定。

4.2 外观与结构

4.2.1 机箱镀层牢固，漆面均匀，无剥落、锈蚀及裂痕等现象。

4.2.2 机箱表面平整，所有标牌、标记、文字符号应清晰、正确、整齐。

4.2.3 各种开关便于操作，灵活可靠。

4.4 电磁兼容限值

4.4.1传导干扰

在150KHz~30MHz频段内，系统电源线上的传导干扰电平应符合YD/T 983-1998中5.1表2中规定的限制。

4.4.2 电磁辐射干扰

在30MHz~1000MHz频段内系统的电磁辐射干扰电压电平应符合YD/T 983-1998中5.2表4中规定的限值。

4.4.3 抗干扰性能要求

应符合YD/T 983-1998中7.3表9中规定的判断准则。

第一讲 结构设计与热设计

电子电气行业中的热设计是指，采用适当可靠的方法控制电子设备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，以保证设备正常运行的安全性和长期运行的可靠性。

在UPS中，主要的热源来自于开关管（IGBT、三极管、二极管等）、磁性元件（变压器、电感等）等。由于开关管体积较小，其热密度较高，开关管的散热主要是采用传导的方式将热量传递到散热器上，再通过对流的方式散发到空气中。磁性元件体积相对较大，其主要的散热方式为对流散热。在UPS的热设计中除了主要考虑开关管、磁性元件外还需要考虑寿命受温度影响很大的电容。

热设计和热分析基础知识培训

1 为什么要进行热设计

在许多现代化产品的设计，特别是可靠性设计中，热的问题已占有越来越重要的地位：

电子产品：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。从而导致整个产品的性能下降以至完全失效。这对于无论民用或军用产品都是一个重要问题。

航天产品，如卫星、载人飞船等，对内部温度环境有非常严格的要求；再如宇航员的装备，既要保证宇航员的周围环境，又要灵活、轻便。对于处于宇宙环境中的产品还要考虑超低温的影响等。

建筑方面：环保和节能的要求，冬季的保温和夏季的通风、降温等。各种家电产品自身的热设计和对周围环境的影响。实际上，热设计并不是什么新的东西，在日常生活中，在以往的产品中，都有意无意的使用了热设计，只是没有把它提高到科学的高度，仅仅凭经验在做。 比如：在电子产品的设计中，如何合理的布置发热元件，使其尽量远离对温度比较敏感的其它元器件；合理的安排通风器件 (风扇等)，通过机箱内、外的空气流动，使得机箱内部的温度不致太高； 还有生产厂房中如何合理安排通风和排气设备，以及空调、暖气设备等，以达到冬季的保温和夏季的通风、降温要求，为工人提供一个较为舒适的工作环境。家居方面，则通过暖气、风扇、空调等为居民提供一个较为舒适的生活环境。

各种载人的交通工具，如汽车、火车、飞机等也都需要考虑如何为乘客提供舒适的环境。

所有这些，说到底都是与热设计有关的问题，过去要求不高，凭经验就可以基本满足要求。但是，随着技术的进步，要求越来越高，光凭经验就不够了。

1.1 热设计的目的

根据相关的标准、规范或有关要求，通过对产品各组成部分的热分析，确定所需的热控措施，以调节所有机械部件、电子器件和其它一切与热有关的组份的温度，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。 对于航天产品，必须同时考虑严酷的空间环境 (超低温 -269。C、太阳辐射、轨道热等) 和内部的热环境，尤其是载人航天器，其热设计的要求也更加复杂和严格，难度也更大。

上海普瑞思管理咨询有限公司

电子设备热设计培训

主办：上海普瑞思管理咨询有限公司

时间：2010年5月30-31日

地点：中国·深圳

费用：2800元/人（包括授课费、讲义、证书、午餐等）

课程意义

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。

通过本课程的学习，学员能够了解---

1. 电子设备热设计要求及热设计方法

2. 电子设备冷却方法的选择及主要元器件的热特性

3. 电子设备的自然冷却及强迫风冷设计

4. 散热器的设计及优化

5. 热电致冷、热管散热器等高效散热部件的原理及应用

6. 电子设备热性能评价及改进方法

7. 计算机辅助热分析原理

8. 电子设备热设计工程应用实例

目标学员 公司热设计人员、结构可靠性设计人员

课程大纲

（第一天）

一、 电子设备热设计要求（0.5H）

1. 热设计基本要求

2. 热设计应考虑的问题

二、 电子设备热设计方法（1H）

1. 热设计的基本问题

2. 传热基本准则

3. 换热计算

4. 热电模拟方法

5. 热设计步骤

三、 冷却方法的选择（0.25H）

1. 冷却方法的分类

2. 冷却方法的选择

3. 冷却方法选择示例

四、 电子元器件的热特性（0.25H）

1. 半导体器件的热特性