产品的热设计(Thermal_introduction)
产品的热设计培训资料共96页PPT资料
05.06.2020
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热设计的基础知识
❖ 热设计的基本概念
05.06.2020
格拉晓夫数Gr(Grashof)：反映了流体所受的浮升力与粘滞力的 相对大小，是说明自然对流换热强度的一个相似准则，Gr越大， 表明流体所受的浮升力越大，流体的自然对流能力越强。
温度稳定：当设备处于工作状态时，设备中发热元器件表面温度每小时变 化波动范围在±1℃内时，称温度稳定。
设备外部环境温度：设备达到稳定温度时距离设备各主要表面几何中心 80mm处空气温度按各表面积的加权平均值。
机柜/箱表面温度：设备达到稳定温度时各主要外表面几何中心点上温度的 平均值。
热点：元器件、散热器和冷板的各个局部表面温度最高的位置。热点器件 指单板上温度最高和较高的器件。
05.06.2020
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热设计的基础知识
❖ 热设计的基本概念
流阻： 反映流体流过某一通道时所产生的压力差。单位帕斯卡或mm.H2O 或巴 。
定性温度：确定对流换热过程中流体物理性质参数的温度。
肋片的效率：表示某一扩展表面单位面积所能传递的热量与在同样条件下 光壁所能传递的热量之比。
黑度：实际物体的辐射力和同温度下黑体的辐射力之比，它取决于物体种 类、表面状况、表面温度及表面颜色。
❖ 热界面材料：热界面材料的种类、选型准则。
❖ 热设计验证方法：热测试相关的仪器/仪表的特点/及使用场合/注
意事项、如何减少热测试误差的方法及注意事项。
❖ 热设计的验证标准：热设计的验证标准。
05.06.2020
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热设计的基础知识
产品的热设计PPT课件
Heat transferring by solid medium
Convection
Transferring energy between solid surface and fluid Mass transport Natural (free) convection Forced convection
Natural convection & Forced convction
hc of air, natural convection: 0.0015~0.015 W/in2℃ forced convection: 0.015~0.15 W/in2℃
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Radiation
Qa = εσAF1-2( Ts4 – Ta4)
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Thermal Resistance
R=V/I
V: voltage = ΔT: temperature difference I: current = Q: heat
Conduction
Rk = ΔL/KAk
Convection
Rs = 1 / hcAs
Radiation
Ra = (Ts – Ta) /εσAF1-2( Ts4 – Ta4)
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Basic Concepts for NB Thermal Design
Thermal Design Target
Thermal design must meet thermal spec. of CPU, all key components (HDD, FDD, CD-ROM, PCMCIA…), and all IC chips (Chipset, VGA, RAM, PCMCIA…), and all IC chips (Chipset, VGA, RAM, Audio…) in each user conditions
产品热设计
YEALINK产品热设计VCS项目散热预研欧国彦2012-12-4热设计、冷却方式、散热器、热管技术产品的热设计一、为什么要进行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、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、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。
电子产品热设计
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。
《产品热设计基础》课件
02
产品热设计概述
产品热设计定义
总结词
产品热设计是指针对产品进行热源分析、热传递路径规划、散热方案设计等工作的过程。
详细描述
产品热设计是对产品中存在的热问题进行系统分析和优化设计的过程。它涉及到对产品中热源 的识别与控制，热传递路径的分析与优化，以及散热方案的制定与实施等多个方面。
产品热设计的重要性
03
产品热设计的基本理论
热传导理论
总结词
描述热量在物体中如何传递的物理现象。
详细描述
热传导是热量在物体内部通过分子振动的方式传递的过程。当物体各部分之间 存在温度差时，热量会从高温部分传递到低温部分。热传导的速率与材料的导 热系数、温度差以及物体的几何形状有关。
对流换热理论
总结词
描述流体与固体表面之间热量传递的物理现象。
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产品热设计的新技术与发展
05
趋势
热管技术
总结词
高效传热技术
详细描述
热管技术是一种高效的传热技术，利用封闭管内的液体或气体循环，将热量从一端传递 到另一端。由于其高效传热性能，热管技术在产品热设计中得到了广泛应用，如散热器
、热回收系统等。
热管技术
总结词：广泛应用
详细描述：热管技术广泛应用于电子设备、航空航天、能源转换等领域。在电子设备中，热管技术可以有效解决散热问题， 提高设备稳定性和寿命。在航空航天领域，热管技术用于控制高温环境下的温度，保证设备的正常运行。在能源转换领域， 热管技术用于回收余热，提高能源利用效率。
《产品热设计基础》 ppt课件
目录
• 引言 • 产品热设计概述 • 产品热设计的基本理论 • 产品热设计的实践应用 • 产品热设计的新技术与发展趋势 • 案例分析
产品热设计基础
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
产品结构热设计
产品结构热设计导言：产品结构热设计是指在产品设计过程中，针对产品的结构进行热学分析和设计的工作。
通过合理的热设计，可以保证产品在使用过程中的热稳定性和热性能，提高产品的可靠性和使用寿命。
一、热设计的重要性在现代工业中，热问题是产品设计中不可忽视的一个重要因素。
热问题的解决对于产品的性能和可靠性有着直接的影响。
因此，热设计在产品设计中具有重要的地位和作用。
二、热设计的目标热设计的目标是通过合理的热设计，使产品具有良好的散热性能，保证产品的热稳定性和可靠性。
具体来说，热设计需要考虑以下几个方面的问题：1. 散热设计：合理的散热设计可以保证产品在工作过程中的温度不超过允许范围，避免因过高的温度导致的故障和损坏。
2. 热传导设计：通过优化产品的热传导路径和热传导介质，提高产品的热传导效率，减少热阻，提高散热效果。
3. 热辐射设计：合理的热辐射设计可以通过增加散热面积和改善散热面的材料特性，提高产品的热辐射效率，减少热量的积累。
4. 热循环设计：合理的热循环设计可以通过优化产品的热循环路径和热循环介质，提高产品的热循环效率，减少热量的积累。
三、热设计的方法和工具热设计可以通过数值模拟和实验测试两种方法进行。
数值模拟是一种常用的热设计方法，可以通过计算机模拟和分析产品的热特性，预测产品的热行为。
常用的数值模拟工具有有限元分析软件和计算流体力学软件等。
实验测试是一种直接测量和观测产品的热特性的方法，可以通过实验数据对产品的热设计进行验证和优化。
四、热设计的应用领域热设计广泛应用于各个领域的产品设计中。
例如，在电子产品设计中，合理的热设计可以保证电子元器件的温度不超过允许范围，提高产品的可靠性和使用寿命。
在汽车工程中，热设计可以提高发动机的散热效果，减少热量的损失，提高汽车的燃油效率。
在航空航天工程中，热设计可以保证航空器在高温环境下的正常运行，减少热量对航空器的影响。
五、热设计的挑战和发展趋势随着科技的不断发展和产品性能的不断提高，热设计面临着越来越多的挑战。
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。