电子设备热设计6

电子设备热设计准则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。

热设计的重点是通过器件的选择、电路设计(包括容差与漂移设计和降额设计等)及结构设计（主要是加快散热）来减少温度变化对产品性能的影响，使产品能在较宽的温度范围内可靠地工作。

1．减少设备（线路）内部产生的热量，应该是电路设计的一项指标；2．减少热阻，是电子设备结构设计的目的之一；3．保证电气性能稳定，热设计使元件不在高温条件下工作，以避免参数漂移，保持电气性能稳定；4．改善电子设备的可靠性；5．延长使用寿命。

1.2、热设计的主要内容电子设备冷却方法的选择要考虑的因素是：电子元器件(设备)的热耗散密度(即热耗散量与设备组装外壳体积之比)、元器件工作状态、设备的复杂积蓄、设备用途、使用环境条件(如海拔高度、气温等)以及经济性等。

①、元器件的热设计。

主要是减小元器件的发热量，合理地散发元器件的热量，避免热量蓄积和过热，降低元器件的温升，是设计考虑的一项主要指标。

②、印制板的热设计。

有效地把印制板上的热引导到外部。

减少热阻，是结构设计的目的之一。

③、机箱的热设计。

保证设备承受外部各种环境、机械应力的前提下，充分保证对流换热、传导、辐射，最大限度地的把设备产生的热散发出去。

⑴、热量的传递只要存在温差就有热量的传递。

热量的传递有三种基本方式：传热、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。

热量传递的两个基本规律：热量从高温区流向低温区；高温区发出的热量等于低温区吸收的热量。

⑵、热设计需考虑的问题系统热设计应与电路和结构设计同步进行；尽量减少电路发热量；减少发热元件的数量；选择耐热性和热稳定性好的元器件；在结构设计时应合理地选择冷却方法；进行传热通道的最佳设计；尽量减少热阻,热阻是热量传递路径上的阻力。

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。

电子行业电子设备热设计基础引言在电子行业中，电子设备的热设计是非常重要的。

随着电子设备的不断发展，其功能越来越强大，性能越来越高，工作时产生的热量也越来越大。

如果电子设备的热量不能有效地散出去，会导致设备过热，影响设备的性能甚至损坏设备。

因此，合理的热设计对于电子设备的可靠性和稳定性至关重要。

本文将介绍电子行业电子设备热设计的基础知识，包括热传导、热辐射、热对流等方面的内容，帮助读者了解电子设备热设计的重要性并掌握一些基本的设计原则和方法。

热传导热传导是指热能通过物质的传导方式传递的过程。

在电子设备中，常见的热传导方式有三种：导热、对流和辐射。

导热导热是通过物质内部的分子或电子的碰撞传递热能的过程。

导热的速度和效率取决于物质的热导率和传热面的接触情况。

为了提高导热效率，我们可以采用导热材料，如铜、铝等，作为散热板或散热片，将其与电子元件紧密接触以增大接触面积。

对流对流是指热量通过流体（如空气）的对流传递的过程。

当电子设备工作时产生的热量无法直接通过导热方式散出去时，就需要依靠对流来进行热散热。

在设计电子设备时，我们需要合理设置散热孔和散热风扇等设备，以增加热量与周围空气的接触面积，提高对流散热效率。

辐射辐射是指热能以电磁辐射的形式传递的过程。

热辐射是无需传递介质的热传递方式，在电子设备中发挥重要作用。

通过合理设置散热片、散热器等辐射表面，可以增大辐射能量的发射和吸收。

此外，还可以利用红外线热成像等技术来监测电子设备中的热辐射情况，及时发现问题并采取相应的措施。

设计原则和方法在进行电子设备热设计时，需要遵循一些基本的设计原则和方法，以确保设备的稳定运行和长寿命。

合理布局在电子设备的布局设计中，需要考虑到热量的产生和散热的位置。

将产热元件和散热结构合理布置，减少热量在设备内部的积聚，有利于热量的迅速散出，提高散热效率。

优化散热结构为了提高散热效果，可以采用散热片、散热器等散热结构来增大热量与周围环境的接触面积。

某机载电子设备热设计作者：张娅妮胡清来源：《现代电子技术》2013年第03期摘要：为了提高机载电子设备的冷却散热性能，保证设备可靠稳定工作，采用热仿真方法，对某机载电子设备进行了热设计。

根据设备结构特点，提出了多种不同的设计方案，并对其进行了对比分析。

综合考虑设备散热效果及可维修性，确定了最优的设计方案，实现了对某机载电子设备的热设计。

该热设计方案已随电气设计和结构设计一起通过了各项验证试验，使用情况良好，同时，也为同类型机载电子设备热设计提供了较大的参考价值。

关键词：机载；电子设备；热设计；热仿真中图分类号： TN806⁃34 文献标识码： A 文章编号： 1004⁃373X（2013）03⁃0151⁃030 引言随着微电子技术和集成电路的飞速发展，机载电子设备也呈现出高性能、小型化的发展趋势，与此同时，电子设备所处环境更为恶劣，面临的挑战更加严峻，使得其热流密度急剧增大，元器件温度不断升高，产品可靠性逐渐降低。

电子设备的散热问题日益严重，工程师在设计阶段对电子设备的热布局越来越重视，因此，热设计成为电子设备结构设计的一个关键环节[1⁃4]。

热设计的方法主要有试验、类比和仿真。

试验方法能够准确得到设备内部关键元器件的温度分布，但是必须设计、生产实验样机，改进热设计的代价较大；类比方法操作方便、简单易行，但是只有同类型或者相似类型的产品可以比较，新研发的产品没有类比的基础，不可能得出类比结果；热仿真采用数学手段，能够比较真实地模拟设备的热状况，在方案阶段就能发现产品的热缺陷，从而改进设计，减少设计、生产、再设计和再生产的费用，降低资源消耗，缩短开发周期，提高产品的一次性成功率，为产品设计的合理性及可靠性提供有力保障[5⁃7]。

本文采用热仿真方法，对某机载电子设备进行热设计[8⁃10]。

针对设备结构特点，提出多种不同的设计方案并对其进行了对比分析，确定最优的结构设计方案，指导某机载电子设备热设计。

2010-02兵工自动化29(2)Ordnance Industry Automation ·49·doi: 10.3969/j.issn.1006-1576.2010.02.016电子设备的热设计郝云刚1，刘玲2（1. 中国兵器工业第五八研究所投资管理处，四川绵阳 621000；2. 中国兵器工业第五八研究所数控事业部，四川绵阳 621000）摘要：热设计是保证电子设备能安全可靠工作的重要条件。

介绍了热力学散热理论，从散热方法的选择以及器件的布局等方面详细地说明了电子设备结构设计中热设计的基本步骤，介绍了一些新的散热技术与方法。

总结得来的热设计技术和经验对于结构设计有重要辅助作用。

关键词：热设计；对流；散热中图分类号：O551.3 文献标识码：AThermal Design of Electronic EquipmentHAO Yun-gang1, LIU Ling2(1. Management Office of Investment, No. 58 Research Institute of China Ordnance Industries, Mianyang 621000, China;2. Dept. of CNC Engineering, No. 58 Research Institute of China Ordnance Industries, Mianyang 621000, China)Abstract: Thermal design is an important condition for electron-equipment’s reliability. Introduce thermodynamic theory about elimination of heat, expound the basic steps of thermal design from how to choose the technique about elimination of heat and the element layout in detail, discuss some new technique and methods about elimination of heat. The theory and experience from practice about thermal design have important assistant effect in configuration design.Keywords: Thermal design; Convection; Elimination of heat0 引言电子设备工作时，其输出功率只占设备输入功率的一部分，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、功耗大的电阻等，实际上它们是一个热源，使设备的温度升高。

电子设备的自然冷却热设计规范目录目录 (2)前言....................................................................................................错误!未定义书签。

1目的.. (5)2 适用范围 (5)3 关键术语 (5)4引用/参考标准或资料 (6)5 规范内容 (6)5.1 遵循的原则 (6)5.2 产品热设计要求 (7)5.2.1产品的热设计指标 (7)5.2.2 元器件的热设计指标 (7)5.3 系统的热设计 (8)5.3.1 常见系统的风道结构 (8)5.3.2 系统通风面积的计算 (9)5.3.3 户外设备(机柜)的热设计 (9)5.3.3.1太阳辐射对户外设备(系统)的影响 (9)5.3.3.2 户外柜的传热计算 (11)5.3.4 系统前门及防尘网对系统散热的影响 (13)5.4 模块级的热设计 (14)5.4.1 模块损耗的计算方法 (14)5.4.2 机箱的热设计 (14)5.4.2.1 机箱的选材 (14)5.4.2.2 模块的散热量的计算 (14)5.4.2.3 机箱辐射换热的考虑 (15)5.4.2.4 机箱的表面处理 (15)5.5 单板级的热设计 (15)5.5.1 选择功率器件时的热设计原则 (15)5.5.2 元器件布局的热设计原则 (16)5.5.3 元器件的安装 (17)5.5.4 导热介质的选取原则 (18)5.5.5 PCB板的热设计原则 (19)5.5.6 安装PCB板的热设计原则 (21)5.5.7 元器件结温的计算 (21)5.6 散热器的选择与设计 (22)5.6.1散热器需采用的自然冷却方式的判别 (22)5.6.2 自然冷却散热器的设计要点 (22)5.6.3 自然冷却散热器的辐射换热考虑 (23)5.6.4 海拔高度对散热器的设计要求 (23)5.6.5 散热器散热量计算的经验公式 (23)5.6.6强化自然冷却散热效果的措施 (24)6产品的热测试 (24)6.1进行产品热测试的目的 (24)6.1.1热设计方案优化 (24)6.1.2热设计验证 (24)6.2热测试的种类及所用的仪器、设备 (24)6.2.1温度测试 (25)7 附录 (26)7.1 元器件的功耗计算方法 (26)7.2 散热器的设计计算方法 (28)7.3自然冷却产品热设计检查模板 (29)1目的建立一个电子设备在自然冷却条件下的热设计规范，以保证设备内部的各个元器件如开关管、整流管、IPM模块、整流桥模块、变压器、滤波电感等的工作温度在规定的范围内，从而保证电子设备在设定的环境条件下稳定、安全、可靠的运行。

电子设备的温度管理与热设计考虑随着科技的不断进步和电子设备的广泛应用，我们对电子设备的温度管理和热设计也变得越来越重要。

在使用电子设备的过程中，我们经常会遇到设备过热、性能下降、甚至损坏的问题。

因此，合理的温度管理和热设计是确保电子设备正常运行的关键因素之一。

本文将详细介绍电子设备的温度管理和热设计考虑的步骤和要点。

一、温度管理的步骤1. 确定温度要求：不同的电子设备在工作温度和环境温度方面有不同的要求。

不同的温度要求需要采取不同的温度管理措施。

因此，首先需要明确设备的温度要求。

2. 测量和监控温度：使用温度传感器或红外热测技术，对设备的温度进行测量和监控。

通过监控设备温度，可以及时发现设备过热的问题，并采取相应的措施。

3. 提高散热效果：可以通过提高设备的散热效果来降低设备的温度。

有效的散热方法包括使用散热片、散热风扇、散热管等散热装置，以提高设备的散热效果。

4. 控制设备负载：过高的设备负载是导致设备过热的主要原因之一。

因此，合理控制设备负载，避免超负荷运行，有助于降低设备温度。

5. 设备布局和空气流通：合理的设备布局和空气流通是降低设备温度的重要因素。

确保设备之间的间距足够，以便空气流通和散热。

二、热设计的考虑要点1. 材料选择：在进行热设计时，材料的选择是至关重要的。

应选择具有良好导热性能的材料，以便将热量有效地传输和扩散到周围环境中。

2. 散热装置的设计：合理的散热装置设计可以增加设备的散热效果。

散热装置的设计应考虑到设备的散热需求和空间限制等因素。

3. 系统风扇的设计：在一些高性能的电子设备中，系统风扇是必不可少的部件之一。

系统风扇的设计应考虑到散热需求和噪音控制等因素。

4. 电路布局和排线：在进行热设计时，电路布局和排线的合理设计可以降低电路的温度，并避免干扰和电磁辐射的问题。

5. 热模拟和仿真：在进行热设计时，可以使用热模拟和仿真软件进行模拟和分析，以评估设备的热性能，并进行相应的优化。

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。

作业1答案1. 平壁的厚度为δ，两表面温度分别为t 1和t 2，且t 1＞t 2。

平壁材料之导热系数与温度的关系呈线性，即()01t λλβ=+。

试求热流密度和壁内温度分布的表达式。

解：由傅立叶定律 ()01dt dt t dx dxϕλλβ=−=−+()01dx t dt ϕλβ∴=−+两边积分 ()21001t t dx t dt δϕλβ=−+⎰⎰()()22021212t t t t βϕδλ⎡⎤=−−+−⎢⎥⎣⎦()2012121W/m 2t t t t λϕβδ+⎛⎫⎡⎤∴=+− ⎪⎣⎦⎝⎭由 ()1001xtt dx t dt ϕλβ=−+⎰⎰得 2211022x t t t t ϕββλ⎛⎫⎛⎫=+−+ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭解出[]1t β= ℃ 2. 考虑一个尺寸为10mm ×10mm ×0.7mm 的硅片，散热量为20W 。

电路印制在硅片的背面，硅片所有的热量传递给正面，经由正面散出。

如果硅的导热系数为125W/(m ·℃)，硅片背面与正面的温度差为多少？ 解：硅片的导热热阻 30.7100.056 [/W]1250.010.01t R A δλ−⨯===⨯⨯℃则硅片背面与正面的温差为：200.056 1.12 []t t R ∆=Φ⋅=⨯=℃3. 蒸汽管道的外直径为30mm ，准备包两层厚度均为15mm 的不同材料的热绝缘层。

第一种材料的导热系数λ1＝0.04W/(m ·℃)，第二种材料的导热系数λ2＝0.1W/(m ·℃)。

若温差一定，试问从减少热损失的观点看下列两种方案：⑴第一种材料在里层，第二种材料在外层；⑵第二种材料在里层，第一种材料在外层。

哪一种好？为什么？ 解：方案⑴的单位管长热损失：12312111ln ln 21160190ln ln 20.04300.1603.4l a b td d d d tt ϕπλλπ∆=⎛⎫+ ⎪⎝⎭∆=⎛⎫+⎪⎝⎭∆=方案⑵的单位管长热损失：22312111ln ln 21160190ln ln 20.1300.04602.72l b a td d d d tt ϕπλλπ∆=⎛⎫+ ⎪⎝⎭∆=⎛⎫+⎪⎝⎭∆=21 3.41.252.72l l ϕϕ== ∴方案⑴的热损失小，故方案⑴好。

常见可靠性设计方法（电子设备）1、热设计通过各种热设计方法使元器件、零部件、设备等在低于规定的环境中工作，以提高可靠性。

设计早期就应制定产品热设计的具体要求。

温度对电子产品可靠性影响极大，尤其对半导体器件最为敏感，半导体器件几乎所有参数都与温度有关。

热传递的三种方式：传导散热、对流换热、辐射换热。

2、缓冲减振设计电子设备装载在诸如飞机、舰船、装甲车等平台上，在它整个寿命周期内，经历各种机械环境。

虽然家用电器在使用过程中没有经受什么机械环境，但在产品出厂后经过运输、搬运过程，仍然承受机械环境。

机械环境对电子设备影响是比较严重的。

经验证明，在各种机械环境中，主要威胁来自振动应力。

设备中由于振动而造成的损坏大大超过冲击引起的损坏。

例如在通信或雷达设备中，振动损坏率比冲击损坏率大4倍。

能经受50—70g冲击的元器件，在持续振动的环境中，最大也只能承受2—3g的振动。

其基本方法有两种：一是采用隔离措施，利用减振装置把设备保护起来或把振动源隔离开；二是选用合适的材料和合理的安装技术，使设备正常工作时，足以耐受冲击或振动。

对电子设备的振动与冲击防护设计，归纳起来有以下几种常用方法:1、消除和减弱振源；2、对振源进行隔离；3、去谐；4、去耦；5、阻尼；6、小型化和刚性化。

3、电磁兼容设计---接地设计接地技术是电子通讯设备必须采用的重要技术，众所周知，电磁兼容设计三大措施为：接地、屏敞和滤波。

通过现场和试验统计调查，有80%以上的故障源于接地设计不良，正确的接地不仅是保护设备和人身安全的必要手段，也是电子设备稳定可靠工作的重要条件。

如果接地设计不好，轻则导致设备运行不稳定，如程控数字交换机的呼损增大、光电传输设备的误码率增加、故障率上升，重则导致设备无法正常工作、甚至发生重大事故、使设备毁坏，这方面的例子很多，造成的损失无法估量。

接地设计的基本原理：好的接地系统是抑制电磁干扰的一种技术措施，其电路和设备地线任意两点之间的电压与线路中的任何功能部分相比较，都可以忽略不计；差的接地系统，可以通过地线产生寄生电压和电流偶合进电路，地线或接地平面总有一定的阻抗，该公共阻抗使两两接地点间形成一定的压降，引起接地干扰，使系统的功能受到影响。

电子产品有效的功率输出要比电路工作所需输入的功率小得多。

多余的功率大部分转化为热而耗散。

当前电子产品大多追求缩小尺寸、增加元器件密度，这种情况导致了热量的集中，因此需要采用合理的热设计手段，进行有效的散热，以便产品在规定的温度极限内工作。

热设计技术就是指利用热的传递条件，通过冷却措施控制电子产品内部所有元器件的温度，使其在产品所在的工作条件下，以不超过规定的最高温度稳定工作的设计技术。

一、电子产品热设计的目的电子产品在工作时会产生不同程度的热能，尤其是一些功耗较大的元器件，如变压器、大功率晶体管、电力电子器件、大规模集成电路、功率损耗大的电阻等，实际上它们是一个热源，会使产品的温度升高。

在温度发生变化时，几乎所有的材料都会出现膨胀或收缩现象，这种膨胀或收缩会引起零件间的配合、密封及内部的应力问题。

温度不均引起的局部应力集中是有害的，金属结构在加热或冷却循环作用下会产生应力，从而导致金属因疲劳而毁坏。

另外，对于电子产品而言，元器件都有一定的工作温度范围，如果超过其温度极限，会引起电子产品工作状态的改变，缩短使用寿命，甚至损坏，导致电子产品不能稳定、可靠地工作。

电子产品热设计的主要目的就是通过合理的散热设计，降低产品的工作温度，控制电子产品内部所有元器件的温度，使其在所处的工作环境温度下，以不超过规定的最高允许温度正常工作，避免高温导致故障，从而提高产品的可靠性。

二、电子产品散热系统简介热传递的三种基本方式是传导、对流和辐射，对应的散热方式为：传导散热、对流散热和辐射散热。

典型的散热系统介绍如下：（1）自然冷却系统自然冷却系统是指电子产品所产生的热量通过传导、对流、辐射三种方式自然地散发到周围的空气中（环境温度略微升高），再通过空调等其他设备降低环境温度，达到散热的目的。

此类散热系统的设计原则是：尽可能减少传递热阻，增加产品中的对流风道和换热面积，增大产品外表的辐射面积。

自然冷却是最简单、最经济的冷却方法"旦散热量不大，一般用于热流密度不大的产品中。