电子产品热设计
电子行业电子设备热设计第三讲
电子行业电子设备热设计第三讲一、概述在电子行业中，电子设备的热设计是非常关键的一项工作。
合理的热设计可以保证电子设备的稳定性和可靠性，同时也可以提高电子设备的性能和寿命。
本文将对电子行业电子设备热设计的一些基本概念和方法进行介绍，帮助读者更好地理解和应用热设计在电子设备中的作用。
二、热设计的重要性在电子设备中，由于电子器件的工作过程中会产生大量的热量，如果不能及时有效地将热量散发出去，就会导致电子设备的温度升高，进而影响设备的性能和寿命。
因此，热设计成为了电子设备设计中不可忽视的一个重要环节。
在电子设备热设计中，常用的指标包括温度上限、温度梯度和温度均匀性等。
温度上限表示设备能够承受的最高温度，一旦超过该温度，设备就有可能出现损坏或者失效的情况。
温度梯度表示设备内部不同位置的温度差异，过大的温度梯度可能导致部分电子器件工作不稳定。
温度均匀性表示设备内部不同部分的温度分布是否均匀，均匀的温度分布可以提高设备的可靠性和寿命。
三、热设计的基本原理1. 热传导热传导是热设计中最基本的过程，它描述了热量从高温区域传递到低温区域的过程。
在电子设备中，热传导通常是通过导热材料的传导实现的，如铜、铝等具有良好导热性能的材料。
通过合理选择导热材料，可以提高电子设备的散热效果，减少设备的温度上升。
2. 热对流除了热传导外，热对流也是电子设备热设计中常用的散热方式之一。
热对流是指热量通过流体的对流传送，如空气、水等。
在电子设备中，通常通过风扇或者散热片等装置来增加空气流动，加速热量的传输。
合理布置散热片和风扇，可以有效地提高电子设备的散热效果，降低设备的工作温度。
3. 热辐射除了热传导和热对流外，热辐射也是电子设备热设计中需要考虑的因素之一。
热辐射是指热量以电磁波的形式传播，不需要依靠介质传递。
在电子设备中，一些高温的零部件，如芯片和电阻等，会通过热辐射的方式散热。
通过合理设计设备结构和热辐射面积，可以提高设备的散热效果，降低设备的温度。
电子产品的热设计
面积 、 短热传导的路径 ， 缩 在传 导 路 径 中不 应有 绝
热 或 隔热 元 件 、 用 导热 数 大 的材 料 制造 传 导 零 选
件 ： 流 是 固体 表 面 与 流 体 表 面 的热 流 动 ， 自然 对 有 对 流 和强 迫 对 流 之分 ． 电子产 品 中流 体通 常 是 指 在
部 温 升 降低 到所 要 求 的 范 围 ， 以保 证 产 品性 能 稳
定 ， 缓 产 品 零部 件 氧 化 、 减 老化 、 劳 或磨 损 ， 高 疲 提
产 品 的平 均无 故 障 工作 时 间 ， 而延 长 产 品 的使 用 从 寿命
２ 热 设 计 的 原 则
２１ 热传递 的方式 ．
温度 。
加 宽 印制 线 ， 以增 强元 器 件 引线 腿 对 印制 线 的热 传 导 和 增强 导 电性 ，必要 时可 以采 取 增 加 散热 器 、 在 元 器 件 与 散 热 材 料 间涂 抹 导 热 膏 等措 施 以增 加 元
器 件发 热量 的传 导散 热 。
元 器 件 的合 理 布 局 是 印 制 板 热 设 计 的重 要 内 容 ， 根 据 产 品 中各 热 源 的 发 热 情 况 ， 理 安 排 元 即 合 器 件 的位 置 ， 止元 器 件 热量 的积 蓄 以及 元 器件 之 防 间 的热 影 响 ， 以确保 元 器 件始 终 工 作在 允 许 的 工作 温 度 范 围 内。考 虑 到元 器 件 工作 的 发 热情 况 ， 元 在 器 件 布 局 上 一 般 将 热 敏 感 的元 器 件 置 于 温 度 最 低 的区域 ， 即对 于 自由 对 流 冷却 产 品 ， 敏 感 元 器 件 热 以能 够 放 在 底 部 ，而 其 它 元 器 件 放 置 在 它 们 的上 面 ， 对 于冷 壁 冷却 电路插 件 则 应将 热 敏 感 元器 件 而 靠 近插件 的边 缘 。此 外 ， 可能 设法 将 发热 元器 件 尽 沿 着冷 壁 均匀 散 开 ， 不要 使 热 敏元 器 件 与 发 热元 器
电子行业电子设备热设计基础
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。
电子产品设计之热设计
电子产品设计之热设计散热器的设计方法散热器设计的步骤通常散热器的设计分为三步1:根据相关约束条件设计处轮廓图.2:根据散热器的相关设计准则对散热器齿厚、齿的形状、齿间距、基板厚度进行优化. 3:进行校核计算.散热器的设计方法自然冷却散热器的设计方法考虑到自然冷却时温度边界层较厚,如果齿间距太小,两个齿的热边界层易交叉,影响齿表面的对流,所以一般情况下,建议自然冷却的散热器齿间距大于12mm,如果散热器齿高低于10mm,可按齿间距≥1.2倍齿高来确定散热器的齿间距.自然冷却散热器表面的换热能力较弱,在散热齿表面增加波纹不会对自然对流效果产生太大的影响,所以建议散热齿表面不加波纹齿.自然对流的散热器表面一般采用发黑处理,以增大散热表面的辐射系数,强化辐射换热.由于自然对流达到热平衡的时间较长,所以自然对流散热器的基板及齿厚应足够,以抗击瞬时热负荷的冲击,建议大于5mm以上.散热器的设计方法强迫冷却散热器的设计方法在散热器表面加波纹齿,波纹齿的深度一般应小于0.5mm.增加散热器的齿片数.目前国际上先进的挤压设备及工艺已能够达到23的高宽比,国内目前高宽比最大只能达到8.对能够提供足够的集中风冷的场合,建议采用低温真空钎焊成型的冷板,其齿间距最小可到2mm.采用针状齿的设计方式,增加流体的扰动,提高散热齿间的对流换热系数.当风速大于1m/s(200CFM)时,可完全忽略浮升力对表面换热的影响.散热器的设计方法在一定冷却条件下,所需散热器的体积热阻大小的选取方法在一定的冷却体积及流向长度下,确定散热器齿片最佳间距的大小的方法不同形状、不同的成型方法的散热器的传热效率比较散热器的相似准则数及其应用方法相似准则数的定义散热器的相似准则数及其应用方法相似准则数的应用散热器的基板的优化方法不同风速下散热器齿间距选择方法不同风速下散热器齿间距选择方法优化散热器齿间距的经验公式及评估风速变化对热阻的影响的经验公式辐射换热的考虑原则如果物体表面的温度低于50℃,可忽略颜色对辐射换热的影响.因为此时辐射波长相当长,处于不可见的红外区.而在红外区,一个良好的发射体也是一个良好的吸收体,发射率和吸收率与物体表面的颜色无关.对于强迫风冷,由于散热表面的平均温度较低,一般可忽略辐射换热的贡献.如果物体表面的温度低于50℃,可不考虑辐射换热的影响.辐射换热面积计算时,如表面积不规则,应采用投影面积.即沿表面各部分绷紧绳子求得的就是这一投影面积,如图所示.辐射传热要求辐射表面必须彼此可见.热设计的计算方法冷却方式的选择方法确定冷却方法的原则在所有的冷却方法中应优先考虑自然冷却,只有在自然冷却无法满足散热要求时,才考虑其它冷却.冷却方式的选择方法1:根据温升在40℃条件下各种冷却方式的热流密度或体积功率密度值的范围来确定冷却方式,具有一定的局限性.热设计的计算方法冷却方式的选择方法冷却方式的选择方法2:根据热流密度与温升要求,按图2所示关系曲线选择,此方法适应于温升要求不同的各类设备的冷却热设计的计算方法冷却方式的选择方法冷却方式的选择方法案例某电子设备的功耗为300W,机壳的几何尺寸为248×381×432mm,在正常大气压下,若设备的允许温升为40℃,试问采用那种冷却方法比较合理?计算热流密度:q=300/2(2.48×2.2.48+2.48×4.32+2.2.81×4.32)=0.04W/cm2当△t=40℃,q=0.04W/cm2时,其交点正好落在自然冷却范围内,所有采用自然冷却方法就可以满足要求.若设备的温升有严格限制,假设只允许10℃,由图2可以看出,需强迫风冷才能满足要求.机箱的热设计计算密封机箱WT=1.86(Ss+4St/3+2Sb/2)Δt 1.25+4ζεTm3ΔT对通风机箱WT=1.86(Ss+4St/3+2Sb/2)Δt 1.25+4ζεTm3ΔT+1000uAΔT对强迫通风机箱WT=1.86(Ss+4St/3+2Sb/2)Δt 1.25+4ζεTm3ΔT+ 1000QfΔT自然冷却时进风口面积的计算在机柜的前面板上开各种形式的通风孔或百叶窗,以增加空气对流,进风口的面积大小按下式计算:Sin=Q/(7.4×10-5 H×Δt 1.5)s-通风口面积的大小,cm2Q-机柜内总的散热量,WH-机柜的高度,cm,约模块高度的1.5-1.8倍,Δt=t2-t1-内部空气t2与外部空气温度 t1 之差 , ℃出风口面积为进风口面积的1.5-2倍强迫风冷出风口面积的计算模块有风扇端的通风面积:Sfan=0.785(φin2-φhub2)无风扇端的通风面积S=(1.1-1.5) Sfan系统在后面板(后门)上与模块层对应的位置开通风口,通风口的面积大小应为:S＝(1.5-2.0)(N×S模块)N---每层模块的总数S模块---每一个模块的进风面积热设计的计算方法通风面积计算的案例[案例] 铁道信号电源机柜模块及系统均为自然冷却,每层模块的散热量为360W,模块的高度为7U,进出口温差按20℃计算,机柜实际宽度为680mm,试计算每层进出风口的面积?H按2倍模块的高度计算,即 H=2×7U=14U进风口的面积按下式计算:Sin=Q/(7.4×10-5×H×△t1.5)=360/(7.4×10-5×14 ×4.44×201.5)=875 cm2进风口高度h机柜的宽度按B=680mm计,则进风口的高度为:H=Sin/B=875/68=128.7mmb 出风口面积SoutSout=(1.5-2.0)Sin=2×875=1750 cm2热设计的计算方法实际冷却风量的计算方法q`=Q/(0.335△T)q`---实际所需的风量,M3/hQ----散热量,W△T-- 空气的温升,℃,一般为10-15℃.确定风扇的型号经验公式:按照1.5-2倍的裕量选择风扇的最大风量:q=(1.5-2)q` 按最大风量选择风扇型号.热设计的计算方法实际冷却风量的计算方法案例:10K UPS主功率管部分的实际总损耗为800W,空气温升按15℃考虑,请选择合适的风扇.实际所须风量为:q`=Q/(0.335△t)=800/(0.335×15)=159.2m3/h按照2倍的裕量选择风扇的最大风量:q=2q`=2×159.2=318.4m3/h下表风扇为可选型号热设计的计算方法型材散热器的计算散热器的热阻散热器的热阻是从大的方面包括三个部分.RSA=R对+R导+ R辐R对=1/(hc F1)F1--对流换热面积(m), hc –对流换热系数(w/m2.k)R辐--辐射换热热阻 ,对强迫风冷可忽略不计对自然冷却 R辐＝1/(4бεTm3)R导＝R 基板+R肋导＝δ/(λF2)+((1/η)-1)R对流λ--导热系数,w/m.h.℃δ-- 散热器基板厚度(m)η-- 肋效率系数F2--基板的导热面积(m)F2=0.785*(d+δ)2d- 发热器件的当量直径(m)热设计的计算方法型材散热器的计算对流换热系数的计算自然对流垂直表面hcs=1.414(△t/L)0.25 ,w/m.k式中: △t--散热表面与环境温度的平均温升,℃L--散热表面的特征尺寸,取散热表面的高,m水平表面,热表面朝上hct=1.322(△t/L)0.25 ,w/m.k式中: △t--散热表面与环境温度的平均温升,℃L--散热表面的特征尺寸,取L＝2(长×宽)/(长+宽),m 水平表面,热表面朝下hcb=0.661(△t/L)0.25 ,w/m.k式中: △t--散热表面与环境温度的平均温升,℃L--散热表面的特征尺寸,取L＝2(长×宽)/(长+宽),m挤压技术铝挤压技术是 CPU散热片制作工艺中较为成熟的技术，主要针对铝合金材料的加工，因为铝合金材料密度相对较低，可塑性比较强。
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。
电子产品热设计与工程案例分析
Accelink Technologies Co., Ltd.
第二部分 以空气为介质的冷 却
2.1、空冷首先应当重视对流 2.2、空冷中的传导 2.3、风冷中的风道设计与风机选用
三、传热路径
从实际传热观点而言，热设计时应利用中间散热器，它们一般属于设备的一部分，通常为设备 的底座、外壳或机柜、冷板、肋片式散热器或设备中的空气、液体等冷却剂。 热流量经传热路径至最终的部位，通称为“热沉”，它的温度不随传递到它的热量大小而变，即 相当于一个无限大容器。热沉可能是大气、大地、大体积的水或宇宙，取决于被冷却设备所处的 环境。
三、对流换热
⑴ 基本概念及计算式
流动产生的原因自强然迫对对流流
流动性质
层流 湍流
牛顿冷却公式： Q AT
其中α为对流换热系数，单位W/(m2·K)，表征了换热表面的平均对流 换热能力。
由牛顿公式可得对流换热热阻计算公式为：
Rt
1
A
通过量纲分析法，可得对流换热的两个准则方程
自然对流 Nu c(GrPr)n
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1.3 热量传递的基本方式和有关定律
一、热量传递的三种基本方式：导热、对流、辐射
二、导热（热传导）
傅立叶导热定律：
Q A T W
x
A为垂直于热流方向的截面积；λ为材料的导热系数，单位W/(m·K)，它是表征 材料导热能力流换热系数： Nu
L
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四、辐射换热
➢ 辐射能以电磁波的形式传递 ➢ 任意物体的辐射力可以用下式计算：
电子设备的温度管理与热设计考虑
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。
电子产品热设计、热分析及热测试
电子产品热设计、热分析及热测试高级研修班各有关单位：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。
所以，北京中企远大文化传播中心决定分期组织召开“电子产品热设计、热分析及热测试讲座”。
现具体事宜通知如下：一、课程提纲：课程大纲以根据学员要求，上课时会有所调整，具体以报到时的讲义为准。
(1)、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(2)、电子设备热分析方法（1.5H）1热分析的基本问题2传热基本准则3换热计算4热电模拟5热设计步骤(3)冷却方法的选择（0.5H）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4冷却技术的极限(4)电子元器件的热设计及热分析（0.5H）1热设计流程2常用器件的热特性3散热计算4功率器件的ICEPAK热分析(5)电子设备的自然冷却设计（1H）1热安装技术2热屏蔽和热隔离3印制板的自然冷却设计4传导冷却5电子设备机柜和机壳的设计(6)散热器的设计及选型（2H）1概述2散热器的传热性能3散热器设计4散热器在工程应用中的若干问题(7)风冷系统设计及风机选型（1.5H）1强迫空气冷却的热计算2通风机3系统压力损失及计算4风冷系统的设计5通风管道的设计6风冷机箱和机柜设计(8)电子设备用冷板设计（0.5H）1概述2冷板的结构类型及选用原则3冷板的换热计算4冷板的设计步骤(9)热电制冷器（1H）1概述2热电制冷的基本原理3制冷器冷端净吸热的基本方程4热电制冷器的两种设计方法5多级热电制冷器的性能6热电制冷器工程设计实例7热电制冷器的结构设计8热电制冷器在热控制中的应用(10)热管散热器的设计（1H）1概述2热管的类型及其工作原理3普通热管的传热性能4热管设计(11)电子设备的热性能评价（0.5H）1热性能评价的目的与内容2热性能草测3热性能检查项目4热性能测量及通过标准(12)I cepak热分析软件的应用（1H）1 Icepak软件功能简介2建模过程3典型散热部件的Icepak分析 4 Icepak应用实例\(13)热设计实例（2.5H）1电子设备热分析软件应用研究2典型密封式电子设备结构设计3功率器件热设计及散热器的优化设计4户外机柜的散热设计实例5高热流密度水冷机柜设计方案6某3G移动基站的热仿真及优化7电子设备热管散热技术现状及进展8吹风冷却时风扇出口与散热器间距离对模块散热的影响9实验评估热设计软件培训收益：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。
电子产品热设计规范
电子产品热设计规范1概述1.1 热设计旳目旳采用合适可靠旳措施控制产品内部所有电子元器件旳温度，使其在所处旳工作环境条件下不超过稳定运行规定旳最高温度，以保证产品正常运行旳安全性，长期运行旳可靠性。
1.2 热设计旳基本问题1.2.1 耗散旳热量决定了温升，因此也决定了任一给定构造旳温度；1.2.2 热量以导热、对流及辐射传递出去，每种形式传递旳热量与其热阻成反比；1.2.3 热量、热阻和温度是热设计中旳重要参数；1.2.4 所有旳冷却系统应是最简朴又最经济旳，并适合于特定旳电气和机械、环境条件，同步满足可靠性规定；1.2.5 热设计应与电气设计、构造设计、可靠性设计同步进行，当出现矛盾时，应进行权衡分析，折衷处理；1.2.6 热设计中容许有较大旳误差；1.2.7 热设计应考虑旳原因：包括构造与尺寸功耗产品旳经济性与所规定旳元器件旳失效率对应旳温度极限电路布局工作环境1.3 遵照旳原则1.3.1热设计应与电气设计、构造设计同步进行，使热设计、构造设计、电气设计互相兼顾;1.3.2 热设计应遵照对应旳国际、国内原则、行业原则;1.3.3 热设计应满足产品旳可靠性规定，以保证设备内旳元器件均能在设定旳热环境中长期正常工作。
1.3.4 每个元器件旳参数选择及安装位置及方式必须符合散热规定；1.3.5 在规定旳有效期限内，冷却系统(如风扇等)旳故障率应比元件旳故障率低；1.3.6 在进行热设计时，应考虑对应旳设计余量，以防止使用过程中因工况发生变化而引起旳热耗散及流动阻力旳增长。
1.3.7 热设计不能盲目加大散热余量，尽量使用自然对流或低转速风扇等可靠性高旳冷却方式。
使用风扇冷却时，要保证噪音指标符合原则规定。
1.3.8 热设计应考虑产品旳经济性指标，在保证散热旳前提下使其构造简朴、可靠且体积最小、成本最低。
1.3.9 冷却系统要便于监控与维护2热设计基础2.1术语2.1.1 温升指机柜内空气温度或元器件温度与环境温度旳差。
第12章 电子产品热设计
• 12.2.3电子产品热控制的目的 • 12.2.4电子元器件与模块的热设计 1.电子元器件的热设计 2.电子模块的热设计
变压器热设计处理
12.3 笔记本电脑散热设计实例分析
• 12.3.1笔记本电脑热源追踪 • 12.3.2笔记本与台式电脑散热比较
• 12.3.3 笔记本散热方式
1.风扇散热
3.机壳内外表面高黑度的降温效果比单面高黑度的效果好 4.在机壳内外表面黑化的基础上，合理改进通风结构
5.通风口的位置应注意气流短路而影响散热效果，通风口的进出应开在 温差最大的两处，进风口要低，出风口要高
6.在自然散热时，通风孔面积的计算至关重要
7.结构要简单，不易落灰，又要满足强度，电磁兼容性要求和美观大方
比如，使用风冷散热器的体系在运行CPU负载较大时， 会在短时间内出现温度热尖峰，或可能超出CPU警戒温 度，而水冷散热体系则由于热容积大，热波动相对要小 得多。
CPU的水冷散热系统
水冷系统下的笔记本温度曲线
12.3.4埃普八爪鱼笔记本散热器
埃普八爪鱼散热底座是由著名的精辉公司针对桌面支架系 统推出的新款人体工程学支架，参考八爪鱼仿生学设计，主 体采用铝合金结构和高强度工程塑料材料，设计精巧，做工 优良，外观造型独特，具有很高的实用性和便携性。
用美属主 观电体 耐镀采 供用，用 电，质的 ，并感是 提配高铝 高有档合 电两的金 脑个同压 散高时铸 热速保， 性静障表 能音了面 。风使细 扇用喷 ，强沙 采度金
USB
埃普八爪鱼散热底座的包装
细节欣赏
未使用八爪鱼散热器前鲁大师测试结果
使用八爪鱼散热器后鲁大师软件测试结果
12.4电子产品热设计实例： IBM“芯片帽”芯片散热系统
电子产品热设计原理和原则培训课件
01
服务器热设计案例
Dell PowerEdge R740
02
热设计挑战
服务器内部通常有多颗处理器和多个硬盘，发热量大，且需要保证长时
间稳定运行，对散热要求极高。
03
解决方案
Dell PowerEdge R740采用了高效的风道设计和多风扇散热系统，同时
使用了液冷技术，如冷板式和浸没式液冷，来将热量快速散发出去。
自然散热技术是指利用自然对流和辐射散热的方式，将电子产品的热量传递到周围 环境中。
自然散热技术适用于低功耗、低发热的电子产品，如小型电子设备、遥控器等。
自然散热技术的优点是结构简单、成本低、可靠性高，缺点是散热效果受环境温度 影响较大，散热效率较低。
强制风冷散热技术
强制风冷散热技术是指通过风扇等机 械通风装置，强制将冷空气吹向发热 元件，将热量带走并排放到周围环境 中。
详细描述
导热是热设计中的基本原理之一，主要通过固体材料的晶格结构和自由电子的 运动传递热量。热量从高温向低温传递，传递速率与材料的导热系数成正比。 常见的导热材料包括金属、石墨烯、金刚石等。
对流换热原理
总结词
对流换热是指流体与固体表面之间的热量传递过程，涉及到流体中质点的宏观运 动和流体分子与固体表面之间的微观相互作用。
电子产品热设计的目标与原则
目标
确保电子产品在工作过程中温度 处于安全范围内，防止过热，保 证稳定运行。
原则
合理选择散热方式、优化散热结 构、降低热阻、提高散热效率。
电子产品热设计的基本流程
选择散热方式
根据实际情况选择自然散热、 强制散热或热管散热等散热方 式。
仿真与优化
利用热仿真软件对设计进行仿 真，分析散热效果，并根据仿 真结果进行优化。
电子产品的热设计方法讲解
电子产品的热设计方法v 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。
v 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。
v 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v 风路的设计方法20分钟v 产品的热设计计算方法40分钟v 风扇的基本定律及噪音的评估方法20分钟v 海拔高度对热设计的影响及解决对策20分钟v 热仿真技术、热设计的发展趋势50分钟概述v 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。
v 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。
v 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。
v 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。
v 热仿真技术：了解热仿真的目的、要求，常用热仿真软件介绍。
v 热设计的发展趋势：了解最新散热技术、了解新材料。
风路设计方法v 自然冷却的风路设计Ø 设计要点ü机柜的后门(面板)不须开通风口。
电子产品热设计原理和原则
热
L
D
热
冷
L
D
热
d
D
D
热
d
D
热
d
烟囱效应
如果用墙壁将又热又轻的空气包围起来，敞开上下面，可进一步地促进自然对流。这就是烟囱效应。
如果温度变高，空气就会膨胀。也就是说，如果体积相同，热空气会变轻。较轻的空气被较重的空气推开，然后上升。这就是自然对流。
烟囱效应形成的压差
基于烟囱效应的静压[kg/m2]=(外部空气密度[kg/m3]-(内部空气密度[kg/m3])X烟囱高度[m]空气密度[kg/m3]=0 ℃的空气密度[kg/m3]X273.15/(273.15+气温[℃])
油
----------------
50-1500
水蒸气
-----------------
5000-15000
水沸腾
2500-25000
------------------
自然散热主要由两部分组成：辐射换热+自然对流。其中辐射换热占的比例20~50%左右（跟物体温度及表面处理有关）
自然散热时，可以假设热交换系数10w/m2. ℃
自然对流
自然对流需考虑的问题
1.元器件布局是否合理
2.是否有足够自然对流空间
元器件与结构件之间保持13mm以上的距离；相邻两垂直发热表面，D/L=0.25；相邻垂直发热表面与冷表面，Dmin=2.5mm;邻近的水平发热圆柱体和冷的上表面,d/D=0.85;邻近的水平发热圆柱体和冷的垂直表面,d/D=0.7；邻近的水平发热圆柱体和冷的水平表面,d/D=0.65；进出风口尽量远离，避免气流短路。
自然对流换热系数
强制对流换热系数
电子产品热设计、热分析及热测试
电子产品热设计、热分析及热测试培训各有关单位：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。
所以，我协会决定分期组织召开“电子产品热设计、热分析及热测试讲座”。
现具体事宜通知如下【主办单位】中国电子标准协会培训中心【协办单位】深圳市威硕企业管理咨询有限公司一、课程提纲：课程大纲以根据学员要求，上课时会有所调整，具体以报到时的讲义为准。
一、热设计定义、热设计内容、传热方法1 热设计定义2 热设计内容3 传热方法简介二、各种元器件典型的冷却方法1 哪些元器件需要热设计2 冷却方法的选择3.常用的冷却方法及冷却极限各种元器件典型的冷却方法4. 冷却方法代号5 各种冷却方法的比较三、自然冷却散热器设计方法1 自然冷却散热器设计条件2 热路图3 散热器设计计算4 多个功率器件共用一个散热器的设计计算5 正确选用散热器6 自然冷却散热器结温的计算7 散热器种类及特点8 设计与选用散热器禁忌四、强迫风冷设计方法1 强迫风冷设计基本原则2 介绍几种冷却方法3. 强迫风冷用风机4. 风机的选择与安装原则5 冷却剂流通路径的设计6 气流倒流问题及风道的考虑7 强迫风冷设计举例(6个示例)五、液体冷却设计方法1. 液体冷却设计基本原则2. 液体冷却应用示例（共6个示例，含蒸发冷却）3 大功率行波管﹙TWT﹚强迫液冷﹙水冷或油冷﹚系统筒介4 水冷散热器六、电子设备机箱的热设计1 自然散热的电子设备机箱的热设计2 密封电子设备机箱的热设计3 强迫风冷的电子设备机箱的热设计4. 电子设备机箱通风孔面积的计算5 机壳热特性估算方法七空间电子设备热设计1 空间电子设备热设计考虑要点2 空间电子设备的辐射传热3 空间电子设备计算公式4.空间电子设备热设计示例(6个示例)八、热管散热器简介1 热管结构及工作原理2 热管热阻3 热管材料4 传热极限5 热管的相容性6 热管设计程序7 热管型号系列8 商品热管九热测试技术1. 温度测量2.散热器热阻测试方法3电力半导体用散热器的热阻和流阻测试方法4电子设备强迫风冷热特性测试方法十. 电子设备热设计和热测试软件1 电子散热分析软件 FIOTHERM2 FIOTHERM 软件在电子设备热设计中的应用3. 热设计优化软件 QFIN十一、减小接触热阻的方法及导热材料1 减小接触热阻的方法2导热材料：导热硅脂、导热绝缘胶、导热绝缘矽胶布、导热绝缘矽胶片、导热软垫、导热帽套、云母片、导热陶瓷片、导热石墨片十二、热设计产品信息、热设计图书及热设计标准介绍1 热设计产品信息2. 热设计图书、电子结构与工艺图书信息3 热设计标准介绍课程对象：研究所、公司热设计人员、结构可靠性设计人员。
电子产品的热设计方法
电子产品的热设计方法(一)2007-05-03 14:51:28 字号：大中小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,最终导致组件失效.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.热设计的发展趋势:了解最新散热技术、了解新材料.风路设计方法自然冷却的风路设计设计要点机柜的后门(面板)不须开通风口.底部或侧面不能漏风.应保证模块后端与机柜后面门之间有足够的空间.机柜上部的监控及配电不能阻塞风道,应保证上下具有大致相等的空间.对散热器采用直齿的结构,模块放在机柜机架上后,应保证散热器垂直放置,即齿槽应垂直于水平面.对散热器采用斜齿的结构,除每个模块机箱前面板应开通风口外,在机柜的前面板也应开通风口.风路设计方法自然冷却的风路设计设计案例风路设计方法自然冷却的风路设计典型的自然冷机柜风道结构形式风路设计方法强迫冷却的风路设计设计要点如果发热分布均匀, 元器件的间距应均匀,以使风均匀流过每一个发热源.如果发热分布不均匀,在发热量大的区域元器件应稀疏排列,而发热量小的区域元器件布局应稍密些,或加导流条,以使风能有效的流到关键发热器件.如果风扇同时冷却散热器及模块内部的其它发热器件,应在模块内部采用阻流方法,使大部分的风量流入散热器.进风口的结构设计原则:一方面尽量使其对气流的阻力最小,另一方面要考虑防尘,需综合考虑二者的影响.风道的设计原则风道尽可能短,缩短管道长度可以降低风道阻力;尽可能采用直的锥形风道,直管加工容易,局部阻力小;风道的截面尺寸和出口形状,风道的截面尺寸最好和风扇的出口一致,以避免因变换截面而增加阻力损失,截面形状可为园形,也可以是正方形或长方形;风路设计方法强迫冷却的风路设计典型结构风路设计方法强迫冷却的风路设计电源系统典型的风道结构-吹风方式风路设计方法热设计的基础理论自然对流换热大空间的自然对流换热Nu=C(Gr.Pr)n.定性温度: tm=(tf+tw)/2定型尺寸按及指数按下表选取热设计的基础理论自然对流换热有限空间的自然对流换热垂直封闭夹层的自然对流换热问题分为三种情况:(1) 在夹层内冷热壁的两股流道边界层能够相互结合,形成环流;(2) 夹层厚度δ与高度之比δ/h>0.3时,冷热的自然对流边界层不会相互干扰,也不会出现环流,可按大空间自然对流换热计算方法分别计算冷热的自然对流换热;(3) 冷热壁温差及厚度均较小,以厚度为定型尺寸的Gr=(Bg△tδ3)/υ3<2000时,通过夹层的热量可按纯导热过程计算.热设计的基础理论自然对流换热有限空间的自然对流换热水平夹层的自然对流换热问题分为三种情况:(1) 热面朝上,冷热面之间无流动发生,按导热计算;(2) 热面朝下,对气体Gr.Pr<1700,按导热计算;(3) 有限空间的自然对流换热方程式:Nu=C(Gr.Pr)m(δ/h)n定型尺寸为厚度δ,定性温度为冷热壁面的平均温度Tm=(tw1+tw2 )热设计的基础理论流体受迫流动换热管内受迫流动换热管内受迫流动的特征表现为:流体流速、管子入口段及温度场等因素对换热的影响.入口段:流体从进入管口开始需经历一段距离后管两侧的边界层才能够在管中心汇合,这时管断面流速分布及流动状态才达到定型.这段距离称为入口段.入口段管内流动换热系数是不稳定的,所以计算平均对流换热系数应对入口段进行修正.在紊流时,如果管长与管内径之比L/d>50则可忽略入口效应,实际上多属于此类情况.管内受迫层流换热准则式:Nu=0.15Re0.33 Pr0.43Gr0.1(Pr/Prw)0.25管内受迫紊流换热准则式:tw>tf Nu=0.023Re0.8 Pr0.4.tw<tf Nu=0.023Re0.8 Pr0.3热设计的基础理论流体动力学基础流量与断面平均流速流量:单位时间内流过过流断面的流体数量.如数量以体积衡量称为体积流量Q;单位为m3/s(CFM);如数量用重量衡量称为重量流量G,单位为Kg/s.二者的关系为:G=γQ断面平均流速:由于流体的粘性,过流断面上各点的流速分布不均匀,根据流量相等原则所确定的均匀流速称为断面平均流速.单位m/s(CFM)V＝Q/A湿周与水力半径湿周:过流断面上流体与固体壁面相接触的周界长度.用x表示,单位m.水力半径:总流过过流断面面积A与湿周x之比称为水力半径,应符号R表示,单位M.恒定流连续性方程对不可压缩流体:V1A1=V2A2.对可压缩流体 : ρ1V1A1=ρ1V2A2热设计的基础理论流体动力学基础恒定流能量方程对理想流体:Z+p/γ+v2/2g=常数实际流体:由于粘性作为会引起流动阻力,流体阻力与流体流动方向相反作负功,使流体的总能量不断衰减,每个断面的Z+p/y+v2/2g≠常数,假设流体从断面1到断面2的能量损失为hw,则元流的能量方程式为:Z1+p1/γ+v12/2g＝Z2+p2/γ+v22/2g+hw 热设计的基础理论流体动力学基础流体流动的阻力:由于流体的粘性和固体边界的影响,使流体在流动过程中受到阻力,这个阻力称为流动阻力,可分为沿程阻力和局部阻力两种.沿程阻力:在边界沿程不变的区域,流体沿全部流程的摩檫阻力.局部阻力:在边界急剧变化的区域,如断面突然扩大或突然缩小、弯头等局部位置,是流体的流体状态发生急剧变化而产生的流动阻力.层流、紊流与雷诺数层流:流体质点互不混杂,有规则的层流运动.Re=Vde/ν<2300 层流紊流:流体质点相互混杂,无规则的紊流运动.显然层流状态下只存在粘性引起的摩檫阻力,而紊流状态下除摩檫阻力外还存在由于质点相互碰撞、混杂所造成的惯性阻力,因此紊流的阻力较层流阻力大的多.Re=Vde/ν<2300 紊流热设计的基础理论流体动力学基础管内层流沿程阻力计算(达西公式)hf=λ(L/de)(ρV2/2)λ-沿程阻力系数,λ＝64/Re管内紊流沿程阻力计算hf=λ(L/de)(ρV2/2)λ＝f(Re,ε/d),即紊流时沿程阻力系数不仅与雷诺数有关,还与相对粗糟度ε有关. 尼古拉兹采用人工粗糟管进行试验得出了沿程阻力系数的经验公式:紊流光滑区:4000<Re<105, λ采用布拉修斯公式计算:λ＝0.3164/Re 0.25热设计的基础理论流体动力学基础非园管道沿程阻力的计算引入当量水力半径后所有园管的计算方法与公式均可适用非园管,只需把园管直径换成当量水力直径.de=4A/x局部阻力hj＝ξρV2/2ξ-局部阻力系数突然扩大: 按小面积流速计算的局部阻力系数:ζ1＝(1-A1/A2)按大面积流速计算的局部阻力系数:ζ2＝(1-A2/A1)突然缩小: 可从相关的资料中查阅经验值.电子产品的热设计方法(二)2007-05-03 14:53:24 字号：大中小散热器的设计方法散热器设计的步骤通常散热器的设计分为三步1:根据相关约束条件设计处轮廓图.2:根据散热器的相关设计准则对散热器齿厚、齿的形状、齿间距、基板厚度进行优化.3:进行校核计算.散热器的设计方法自然冷却散热器的设计方法考虑到自然冷却时温度边界层较厚,如果齿间距太小,两个齿的热边界层易交叉,影响齿表面的对流,所以一般情况下,建议自然冷却的散热器齿间距大于12mm,如果散热器齿高低于10mm,可按齿间距≥1.2倍齿高来确定散热器的齿间距.自然冷却散热器表面的换热能力较弱,在散热齿表面增加波纹不会对自然对流效果产生太大的影响,所以建议散热齿表面不加波纹齿.自然对流的散热器表面一般采用发黑处理,以增大散热表面的辐射系数,强化辐射换热.由于自然对流达到热平衡的时间较长,所以自然对流散热器的基板及齿厚应足够,以抗击瞬时热负荷的冲击,建议大于5mm以上.散热器的设计方法强迫冷却散热器的设计方法在散热器表面加波纹齿,波纹齿的深度一般应小于0.5mm.增加散热器的齿片数.目前国际上先进的挤压设备及工艺已能够达到23的高宽比,国内目前高宽比最大只能达到8.对能够提供足够的集中风冷的场合,建议采用低温真空钎焊成型的冷板,其齿间距最小可到2mm.采用针状齿的设计方式,增加流体的扰动,提高散热齿间的对流换热系数.当风速大于1m/s(200CFM)时,可完全忽略浮升力对表面换热的影响.散热器的设计方法在一定冷却条件下,所需散热器的体积热阻大小的选取方法在一定的冷却体积及流向长度下,确定散热器齿片最佳间距的大小的方法不同形状、不同的成型方法的散热器的传热效率比较散热器的相似准则数及其应用方法相似准则数的定义散热器的相似准则数及其应用方法相似准则数的应用散热器的基板的优化方法不同风速下散热器齿间距选择方法不同风速下散热器齿间距选择方法优化散热器齿间距的经验公式及评估风速变化对热阻的影响的经验公式辐射换热的考虑原则如果物体表面的温度低于50℃,可忽略颜色对辐射换热的影响.因为此时辐射波长相当长,处于不可见的红外区.而在红外区,一个良好的发射体也是一个良好的吸收体,发射率和吸收率与物体表面的颜色无关.对于强迫风冷,由于散热表面的平均温度较低,一般可忽略辐射换热的贡献.如果物体表面的温度低于50℃,可不考虑辐射换热的影响.辐射换热面积计算时,如表面积不规则,应采用投影面积.即沿表面各部分绷紧绳子求得的就是这一投影面积,如图所示.辐射传热要求辐射表面必须彼此可见.热设计的计算方法冷却方式的选择方法确定冷却方法的原则在所有的冷却方法中应优先考虑自然冷却,只有在自然冷却无法满足散热要求时,才考虑其它冷却.冷却方式的选择方法1:根据温升在40℃条件下各种冷却方式的热流密度或体积功率密度值的范围来确定冷却方式,具有一定的局限性.热设计的计算方法冷却方式的选择方法冷却方式的选择方法2:根据热流密度与温升要求,按图2所示关系曲线选择,此方法适应于温升要求不同的各类设备的冷却热设计的计算方法冷却方式的选择方法冷却方式的选择方法案例某电子设备的功耗为300W,机壳的几何尺寸为248×381×432mm,在正常大气压下,若设备的允许温升为40℃,试问采用那种冷却方法比较合理?计算热流密度:q=300/2(2.48×2.2.48+2.48×4.32+2.2.81×4.32)=0.04W/cm2 当△t=40℃,q=0.04W/cm2时,其交点正好落在自然冷却范围内,所有采用自然冷却方法就可以满足要求.若设备的温升有严格限制,假设只允许10℃,由图2可以看出,需强迫风冷才能满足要求.机箱的热设计计算密封机箱WT=1.86(Ss+4St/3+2Sb/2)Δt 1.25+4ζεTm3ΔT对通风机箱WT=1.86(Ss+4St/3+2Sb/2)Δt 1.25+4ζεTm3ΔT+1000uAΔT 对强迫通风机箱WT=1.86(Ss+4St/3+2Sb/2)Δt 1.25+4ζεTm3ΔT+ 1000QfΔT 自然冷却时进风口面积的计算在机柜的前面板上开各种形式的通风孔或百叶窗,以增加空气对流,进风口的面积大小按下式计算:Sin=Q/(7.4×10-5 H×Δt 1.5)s-通风口面积的大小,cm2Q-机柜内总的散热量,WH-机柜的高度,cm,约模块高度的1.5-1.8倍,Δt=t2-t1-内部空气t2与外部空气温度 t1 之差, ℃ 出风口面积为进风口面积的1.5-2倍强迫风冷出风口面积的计算模块有风扇端的通风面积:Sfan=0.785(φin2-φhub2)无风扇端的通风面积S=(1.1-1.5) Sfan系统在后面板(后门)上与模块层对应的位置开通风口,通风口的面积大小应为: S＝(1.5-2.0)(N×S模块)N---每层模块的总数S模块---每一个模块的进风面积热设计的计算方法通风面积计算的案例[案例] 铁道信号电源机柜模块及系统均为自然冷却,每层模块的散热量为360W,模块的高度为7U,进出口温差按20℃计算,机柜实际宽度为680mm,试计算每层进出风口的面积?H按2倍模块的高度计算,即H=2×7U=14U进风口的面积按下式计算:Sin=Q/(7.4×10-5×H×△t1.5)=360/(7.4×10-5×14 ×4.44×201.5)=875 cm2进风口高度h机柜的宽度按B=680mm计,则进风口的高度为:H=Sin/B=875/68=128.7mmb 出风口面积SoutSout=(1.5-2.0)Sin=2×875=1750 cm2热设计的计算方法实际冷却风量的计算方法q`=Q/(0.335△T)q`---实际所需的风量,M3/hQ----散热量,W△T-- 空气的温升,℃,一般为10-15℃.确定风扇的型号经验公式:按照1.5-2倍的裕量选择风扇的最大风量:q=(1.5-2)q` 按最大风量选择风扇型号.热设计的计算方法实际冷却风量的计算方法案例:10K UPS主功率管部分的实际总损耗为800W,空气温升按15℃考虑,请选择合适的风扇.实际所须风量为:q`=Q/(0.335△t)=800/(0.335×15)=159.2m3/h按照2倍的裕量选择风扇的最大风量:q=2q`=2×159.2=318.4m3/h下表风扇为可选型号热设计的计算方法型材散热器的计算散热器的热阻散热器的热阻是从大的方面包括三个部分.RSA=R对+R导+ R辐R对=1/(hc F1)F1--对流换热面积(m), hc –对流换热系数(w/m2.k)R辐--辐射换热热阻 ,对强迫风冷可忽略不计对自然冷却 R辐＝1/(4бεTm3)R导＝R 基板+R肋导＝δ/(λF2)+((1/η)-1)R对流λ--导热系数,w/m.h.℃δ-- 散热器基板厚度(m)η-- 肋效率系数F2--基板的导热面积(m)F2=0.785*(d+δ)2d- 发热器件的当量直径(m)热设计的计算方法型材散热器的计算对流换热系数的计算自然对流垂直表面hcs=1.414(△t/L)0.25 ,w/m.k式中: △t--散热表面与环境温度的平均温升,℃L--散热表面的特征尺寸,取散热表面的高,m 水平表面,热表面朝上hct=1.322(△t/L)0.25 ,w/m.k式中: △t--散热表面与环境温度的平均温升,℃L--散热表面的特征尺寸,取L＝2(长×宽)/(长+宽),m 水平表面,热表面朝下hcb=0.661(△t/L)0.25 ,w/m.k式中: △t--散热表面与环境温度的平均温升,℃L--散热表面的特征尺寸,取L＝2(长×宽)/(长+宽),m电子产品的热设计方法(三)2007-05-03 14:54:08 字号：大中小热设计的计算方法型材散热器的计算对流换热系数的计算强迫对流层流 Ref<105hc＝(1.1-1.4) λ空气 0.66Ref 0.5/L湍流 Ref>105hc＝(1.1-1.4) λ空气 0.032Ref 0.8/L肋片效率对直齿肋:η=th(mb)/(mb))m=(2 hc/λδ0)δ0:肋片根部厚度(m)b. 肋高(m)热设计的计算方法型材散热器的计算散热器的流阻计算散热器的流阻包括沿程阻力损失及局部阻力损失△P＝hf+hj=λf•L/de•ρV22/2+ζρV22/2λ f --沿程阻力系数L--流向长度(m)de--当量水利直径(m),de=4A流通/湿周长V--断面流速(m/s)沿程阻力系数计算λ f层流区:Re=Vd/υ≤2300λf=64/Re紊统光滑区 4000<Re<105 λf=0.3164/Re0.25υ--运动粘度系数(m2/s),从文献中查找热设计的计算方法型材散热器的计算散热器的流阻计算局面阻力系数ζ突然扩大按小面积流速计算的局部阻力系数:ζ1＝(1-A1A2)按大面积流速计算的局部阻力系数: ζ2＝(1-A2/A1)突然缩小可从相关的资料中查阅经验值.热设计的计算方法型材散热器的计算【案例】散热器DXC-616(天津铝合金厂编号),截面图略,散热器的截面积为77.78cm2,周长为2.302m,单位长度的重量为21KG/m.风扇采用PAPST 4656Z ,风扇功率19W,最大风量为160m3/h,压头为70Pa.风道阻力曲线的计算入口面积:Fin=0.785×D2 =0.785×0.1192=0.01116m2流通面积:Ff=Fin-Fc=0.01116-0.007778=3.338×10-3m2水力直径: de＝4Ff/x=4×3.338×10-3/2.302=5.8×10-3m 由于风速较低,一般最大不会超过6m/s,雷诺数<2300,沿程阻力系数按下式计算:λ=64/Re＝64 ν/Vde沿程阻力按下式计算:hf=λ(L/de)(ρV2/2)=(64 ν/Vde)(L/de)(ρV2/2)=(64×16.96×10-6×0.24/(V×0.00582))(ρV2/2)=(8.07/V)(ρV2/2)局部阻力按下式计算:hj＝ξρV2/2对于突然缩小,A2/A1=0.003338/0.01116=0.3,查表得ξ＝0.38总阻力损失 H=hf+ hj=(0.38+8.07/V )(ρV2/2)热设计的计算方法型材散热器的计算【案例】续确定风扇的工作点10KVA UPS 的选择风扇为PAPST 4656Z,我们把风道曲线与风扇的曲线进行叠加,其交点即为风扇的工作点,给工作点对应的风速为5m/s,压力为35Pa.散热器的校核计算雷诺数Ref=V×L/ν=5×0.24/16.96×10-6=5.6604×104努谢尔特数: Nuf=0.66Ref0.5=0.66(5.6604×104)0.5=157对流换热系数:hc=1.4λNuf/L=21.7w/m.km=(2 hc/λδ)0.5=9.82ml=9.82×0.03=0.295,查得:η＝0.96该散热器的最大散热量为(散热器台面温升按最大40℃考虑):Q＝hcF△t η=460.4W计算结果表面,散热器及风扇选型是合理的.热设计的计算方法冷板的计算方法传热计算确定空气流过冷板后的温升:t=Q/qmCp确定定性温度 tf=(2ts+t1+t2)/4, 冷板台面温度 ts为假定值设定冷板的宽度为b,则通道的横截面积为Ac ,Ac=b×Ac0确定定性温度下的物性参数(μ、Cp、ρ、Pr).流体的质量流速和雷诺数 G=qm/Af Re=deG/μ根据雷诺数确定流体的状态(层流或紊流), Re<1800, 层流, Re>105, 湍流根据流体的状态(层流或紊流)计算考尔本数JRe<1800,层流 J=6/Re 0.98 Re>105,湍流 J=0.023/Re 0.2也可以根据齿形及雷诺数从GJB/Z 27-92 图12-18查得热设计的计算方法冷板的计算方法传热计算计算冷板的换热系数: h= JGCpPr2/3计算肋片的效率 m=(2h/λδ)0.5,ηf=th(ml)/ml(也可以根据ml值查相应的图表得到肋片效率)计算冷板的总效率:忽略盖板及底版的效率,总效率为:A＝At+Ar+Ab, η0＝1-Ar(1-ηf)/A计算传热单元数 NTU＝hη0A/qmCp计算冷板散热器的台面温度ts=(eNTUt2-t1)/(eNTU-1)热设计的计算方法冷板的计算方法流体流动阻力计算计算流通面积与冷板横截面积之比ζ=Af/Ac查空气进入冷板时入口的损失系数Kc=f(Re,ζ): 根据雷诺数Re及ζ从GJB/Z 27-92 图12-16及图12-16查得查摩擦系数f=f(Re,ζ): 根据雷诺数Re从GJB/Z 27-92 图12-18查得计算流动阻力△P＝G2[(Kc+1-ζ2)+2(ρ2/ρ1-1)+fρ1A/(Afρm)-(1-ζ2-Ke)ρ1/ρ2]/(2ρ1)热设计的计算方法冷板的计算方法判断准则确定是否满足ts<[ts],如果不满足,需增大换热面积或增大空气流量.确定是否满足△P<[△P],如果不满足,需减小冷板的阻力(如选择阻力较小的齿形、增大齿解决等)或重新选择压头较大的风扇热设计的计算方法冷板的计算方法案例:10KVA UPS 冷板散热器,器件的损耗为870.5W,要求冷板散热器台面温升小于30℃(在40℃的环境温度下).冷板散热器的截面图略梯形小通道面积:Ai=(3.8+2.6)×9.5/2=30.4mm2每排有29个梯形小通道,共22排,n=29×22=638个基板厚度为:9mm总的流通面积Af =30.4×29×22=0.0193952 m2冷板的横截面积Ac=120×120×2=0.0288 m2水力半径:de=4Afi/х=4×30.4/(2×9.5+3.8+2.6)=4.787mm热设计的计算方法冷板的计算方法【案例】续确定风扇的工作点Re=de G/μ=deqm/μAf在40℃空气的物性参数为: μ＝19.1×10-6kg/m.s, ρ1＝1.12kg/m3 Re=(4.787×10-3×1.12×0.30483 qm1/(60×19.1×10-6×0.0193952) =6.831 qm1(qm1的单位为:CFM)ζ=Af/Ac=0.0193952/0.0288=0.673热设计的计算方法冷板的计算方法【案例】续先忽略空气密度的变化,不同流量的流阻计算如下表所示:我们把两个NMB4715的风扇流量相加,静压不变,得出两个风扇并联后的静压曲线,再把上表的数据绘制成风道曲线并与风扇静压曲线进行画在同一张图上,其交点即为风扇的工作点,即为(170CFM,0.13in.H2O),工作点对应的风速为4.14m/s.热设计的计算方法冷板的计算方法【案例】续空气流过冷板后的温升空气口温度为40 ℃,ρ1＝1.12kg/m3,Cp=1005.7J/kg. ℃μ=19.1×10-6kg/m.s, Pr=0.699质量流量qm=0.080231×1.12=0.08986kg/s△t= Q/qmCp=870.5/0.08986×1005.7=9.63 ℃定性温度: tf=(2ts+t1+t2)= (2×80+40+49.63)/4=62.4℃按定性温度查物性得: ρ1＝1.06kg/m3,Cp=1005.7J/kg.℃μ=20.1×10-6kg/m.s,Pr=0.696换热系数质量流速 G=qm/Af=4.14×1.12=4.64kg/m2.s雷诺数 Re=deG/μ=4.787×10-3×4.64/(20.1×10-6)=1105.1层流J=6/Re 0.98=6/1105.10.98=6.25×10-3h= JGCpPr-2/3=6.25×10-3×4.64×1005.7×0.696-2/3 =37.14W/m2.℃ 肋片效率 m=(2h/λδ)0.5=(2×37.14/(180 ×0.001))0.5=20.3ml=20.3×0.11=2.23ηf=th(ml)/ml=th(2.23)/2.23=0.433传热单元数:NTU＝hη0A/qmCp=37.14×0.433×3.241 =0.5772冷板的表面温度: Ts=(eNTUt2-t1)/(eNTU-1)=61.9 ℃<70℃冷板设计方案满足散热要求.风扇的基本定律及噪音的评估方法风扇定律风扇的基本定律及噪音的评估方法风扇的噪音问题风扇产生的噪音与风扇的工作点或风量有直接关系,对于轴流风扇在大风量,低风压的区域噪音最小,对于离心风机在高风压,低风量的区域噪音最小,这和风扇的最佳工作区是吻合的.注意不要让风扇工作在高噪音区.风扇进风口受阻挡所产生的噪音比其出风口受阻挡产生的噪音大好几倍,所以一般应保证风扇进风口离阻挡物至少30mm的距离,以免产生额外的噪音.对于风扇冷却的机柜,在标准机房内噪音不得超过55dB,在普通民房内不得超过65dB.风扇的基本定律及噪音的评估方法风扇的噪音问题对于不得不采用大风量,高风压风扇从而产生较大噪音的情况,可以在机柜的进风口、出风口、前后门内侧、风扇框面板、侧板等处在不影响进风的条件下贴吸音材料,吸音效果较好的材料主要是多孔介质,如玻璃棉,厚度越厚越好.有时由于没有合适的风机而选择了转速较高的风机,在保证设计风量的条件下,可以通过调整风机的电压或其它方式降低风扇的转速,从而降低风扇的噪音.相应的噪音降低变化按下式计算:N2 = N1 + 50 log10 (RPM2/RPM1)风扇的基本定律及噪音的评估方法风扇的噪音问题【案例】:一电源模块采用一个轴流风扇进行冷却,为了有效抑止噪音,要求风扇只有在监控点的温度高于85℃才全速运转,其余情况风扇必须半速运转.已知风扇全速运转时转速为2000RMP,噪音为40db,求在半速运转时风扇的噪音为多少?如果已知全速运转时风扇的工作点为(50CFM,0.3IN.H2O),试求风扇在半速运转时的工作点.解:根据风扇定律N2 = N1 + 50 log10 (RPM2/RPM1)＝40+50 log10 (1000/2000) ＝24.9dbP2 =P1 (RPM2/RPM1)2＝0.3(1000/2000)2=0.075 IN.H2OCFM2 = CFM1 (RPM2/RPM1)＝50(1000/2000)=25CFM海拔高度对热设计的影响及解决对策海拔高度对自然冷却条件的热设计要求对于自然对流,其传热机理是由于冷却空气吸热后其密度减小,迫使重力场中的空气上升而形成冷热空气的对流而产生热量传递.由于随着海拔高度的增加,空气的密度逐渐减小,空气上升的能力也就减少,自然对流换热的能力减弱.自然对流换热能力的变化最终体现在对流换热系数的变化上,根据美国斯坦伯格的经验公式,如果忽略空气温度的变化,可按下式计算海拔高度对自然对流的影响强弱.hc(高空)＝hc(海平面)(ρ高空/ρ海平面)0.5=hc(海平面) (p高空/p海平面)0.5hc(高空),hc(海平面)-分别为高空及海平面的自然对流换热系数,W/m.k ρ高空,ρ海平面-分别为高空及海平面的空气密度,Kg/m3p高空,p海平面-分别为高空及海平面的空气压力,帕斯卡海拔高度对热设计的影响及解决对策海拔高度对强迫冷却条件的热设计要求海拔高度对强迫风冷影响的机理是由于随着海拔高度的增加,空气密度减小,。
电子通讯产品热设计规范
电子通讯产品热设计规范热设计规范1．目的及适用范围本规范明确了电子设备热设计的指标要求和热设计流程，并提供了热设计的基本理论；热设计的三种方法：即热分析计算、计算机热仿真、热模拟测试及热测试；热设计要求。
2．引用标准GJB/Z 27-92 中华人民共和国国家军用标准电子设备可靠性热设计手册GJB/Z 299B-98 电子设备可靠性预计手册3．相关术语的定义3．1 热流密度单位面积的热流量，单位：W/m23．2 体积功率密度单位体积的热流量，单位：W/m33．3 热阻热量在热流路径上遇到的阻力。
一般用R表示，即：R=Δt/Q，单位：℃/W3．4 特征尺寸对流换热准则数中代表热表面的几何尺寸，一般用D表示，单位：m3．5 导热系数材料传导性能的参数指标。
一般用λ表示，单位：W/m·℃3．6 对流换热系数反映了两种介质间对流换热过程的强弱，表明了流体与壁面间温差为1℃时，在单位时间内通过单位面积的热量。
一般用h c表示，单位：W/m2·℃3．7 黑度表明物体的辐射力接近绝对黑体辐射力的程度，一般用ε表示，单位：无3．8 雷诺数该数反映了流体流动时的惯性力与粘滞力的大小之比，是说明流体流态的一个相似准则。
一般用Re表示，单位：无3．9 普朗特数该数是说明流体物理性质对换热影响的相似准则。
一般用Pr表示，单位：无3．10 格拉晓夫数该数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。
一般用Gr表示，单位：无4．电子设备热设计的指标要求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。
4．1 环境温度电子设备的环境温度一般包括设备的存储温度和使用温度，主要根据国标（行业标准）的相关规定，结合设备的使用环境和本公司的要求来确定。
电子产品机箱机壳的热设计
电子产品机箱机壳的热设计
名词概念
黑度：实际物体的辐射力与同温度下黑体的辐射力之比。
机箱热设计的原则：
1.改善设备内部电子元件象机壳的传热能力
2.提高机箱向外界的传热能力
3.尽量降低传热路径上的热阻，形成一条低热阻的热流通路，
保证设备在允许的温度范围内正常工作。
一电子机箱机壳的热设计
1.增加机箱内外表面的黑度、开通风孔等，都可以降低温度
2.机箱内外表面高黑度的效果比低黑度的散热效果好
3.机箱两侧均为高黑度的散热效果优于一侧的散热。
4.在机箱内外表面增加黑度的基础上，合理的改进通风结构，加强冷却空气
的对流，可以明显的降低设备内部的温度。
二机箱通风面积的计算
在机壳上开通风孔是为了利用冷空气的对流换热作用，可以根据散热与电磁兼容性的要求综合考虑。
由通风孔散区的热量为
Φ=7.4X10-5HAΔt1.5 (W)
H——自然冷却设备的高度（或进、出风口的中心距）
A——进出风孔的面积（取较小值）CM²
Δt——设备内外的温度差
开通风孔的基本原则：
1）通风孔的开设要有利于气流形成有效的对流通道
2）进风孔尽量对准发热元气件
3）进风孔要离出风孔要远，防止气流短路，应开在温差较
大的相应位置
4）进风孔要注意防尘和电磁泄露
三热屏蔽
a 尽可能将通路连接到热沉
b 减少高温与低温元件之间的辐射偶合，加热屏蔽板形成热区与冷区
c 尽量降低空气与其他冷却挤的温度梯度
d 将高温元件装在内表面具有高的黑度，外表面具有低的黑度的外壳中，这些外壳与散热器有良好的导热连接。
元气件的引线是重要的导热通路引线尽可能的粗。
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。
硬件热设计解决方案(3篇)
第1篇一、引言随着电子设备的不断发展和普及，电子设备中的硬件组件日益复杂，功耗也越来越高。
在这种情况下，硬件热设计成为电子设备设计和制造中不可或缺的一环。
良好的热设计不仅能够保证电子设备的稳定运行，还能延长设备的使用寿命，提高用户体验。
本文将详细探讨硬件热设计的基本原理、常见问题和相应的解决方案。
二、硬件热设计的基本原理1. 热传导热传导是热量从高温区域传递到低温区域的过程。
在电子设备中，热传导主要发生在导体之间。
常见的热传导方式有导热、对流和辐射。
（1）导热：热量通过固体材料传递，如金属、塑料等。
导热性能好的材料有利于热量快速传递。
（2）对流：热量通过流体（气体或液体）传递，如空气、冷却液等。
对流散热效率较高，但受流体流动速度和温度梯度的影响较大。
（3）辐射：热量以电磁波的形式传递，如红外线。
辐射散热不受介质限制，但散热效果受温度、波长和距离的影响。
2. 热对流热对流是热量通过流体传递的过程。
在电子设备中，热对流主要发生在散热器、风扇等部件。
热对流散热效率较高，但受流体流动速度、温度梯度和流体性质的影响。
3. 热辐射热辐射是热量以电磁波形式传递的过程。
在电子设备中，热辐射主要发生在散热器表面。
热辐射散热不受介质限制，但散热效果受温度、波长和距离的影响。
4. 热阻热阻是阻碍热量传递的物理量，单位为K/W。
热阻越大，热量传递越困难。
在电子设备中，热阻主要表现为导热、对流和辐射热阻。
三、硬件热设计中常见问题1. 散热器散热能力不足散热器散热能力不足是硬件热设计中常见的问题。
这可能是由于散热器面积过小、材料导热性能差、散热器与发热部件接触不良等原因造成的。
2. 散热器与发热部件接触不良散热器与发热部件接触不良会导致热量传递效率降低，影响散热效果。
这可能是由于接触面积过小、接触压力不足、接触表面不平整等原因造成的。
3. 风扇噪音过大风扇噪音过大是影响用户体验的一个重要因素。
这可能是由于风扇转速过高、风扇叶片设计不合理、风扇与散热器连接不牢固等原因造成的。
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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。
第1.1节电子产品热设计理论基础热力学第二定律指出：热量总是自发的、不可逆转的，从高温处传向低温处，即：只要有温差存在，热量就会自发地从高温物体传向低温物体，形成热交换。
热交换有三种模式：传导、对流、辐射。
它们可以单独出现，也可能两种或三种形式同时出现。
1.1.1 热传导：气体导热是由气体分子不规则运动时相互碰撞的结果。
金属导体中的导热主要靠自由电子的运动来完成。
非导电固体中的导热通过晶格结构的振动实现的。
液体中的导热机理主要靠弹性波的作用。
1.1.2 热对流对流是指流体各部分之间发生相对位移时所引起的热量传递过程。
对流仅发生在流体中，且必然伴随着有导热现象。
流体流过某物体表面时所发生的热交换过程，称为对流换热。
由流体冷热各部分的密度不同所引起的对流称自然对流。
若流体的运动由外力(泵、风机等)引起的，则称为强迫对流。
1.1.3 热辐射物体以电磁波方式传递能量的过程称为热辐射。
辐射能在真空中传递能量，且有能量方式的转换，即热能转换为辐射能及从辐射能转换成热能。
第1.2节热设计的基本要求电子产品热设计应首先根据设备的可靠性指标及设备所处的环境条件确定热设计目标，热设计目标一般为设备内部元器件允许的最高温度，根据热设计目标及设备的结构、体积、重量等要求进行热设计，主要包括冷却方法的选择、元器件的安装与布局、印制电路板、电阻、电抗器、变压器、模块散热结构的设计和机箱散热结构的设计。
电子设备的热设计要与电路设计和结构设计同时进行，满足设备可靠性的要求。
热设计与维修性设计相结合，可提高设备的可维修性。
第1.3节热设计中术语的定义⑴热特性：设备或元器件的温升随热环境变化的特性，包括温度、压力和流量分布特征。
⑵热流密度：单位面积的热流量。
⑶热阻：热量在热流路径的阻力。
⑷内热阻：元器件内部发热部位与表面某部位之间的热阻。
⑸安装热阻：元器件与安装表面之间的热阻，又叫界面热阻。
⑹温度稳定：温度变化率不超过每小时2℃时，称为温度稳定。
⑺温度梯度：等温面的法向方向上单位距离所引起的温度增量定义为温度梯度。
⑻紊流器：提高流体流动紊流程度并改善散热效果的装置。
⑼热沉：是一个无限大的热容器，其温度不随传递到它的热能大小而变化。
它也可能是大地、大气、大体积的水或宇宙，又称热地。
过去我们也称为“最终散热器“，也就是我们将在后面讨论的热电模拟回路中的接地点。
对空用和陆用设备而言，周围的大气就是热沉。
第1.4节电子设备的热环境各类电子设备使用场所的热环境的可变性是热控制的一个必须考虑的重要因素，例如装在宇航飞行器上的电子设备在整个飞行过程中将遇到地球大气层的热环境、大气层外的宇宙空间的热环境等。
导弹上工作的电子元器件所经受的环境条件比地面室内设备的环境条件恶劣得多，它们必须满足不同环境温度和特殊飞行密封舱的压力要求，除此之外，还有机诫振动和电磁干扰等因素。
图1-1元器件失效率与温度的关系电子设备的热环境包括：⑴工作过程中，功率元件耗散的热量。
⑵设备周围的工作环境，通过导热、对流和辐射的形式，将热量传递给电子设备。
⑶设备与大气环境产生相对运动时，各种摩擦引起的增温。
⑷环境温度和压力（或高度）的极限值。
⑸环境温度和压力（或高度）的变化率。
⑹太阳或周围物体的辐射热。
⑺可利用的热沉（包括：种类、温度、压力和湿度）。
第1.5节热设计的详细步骤⑴确定设备(或元器件)的散热面积、散热器或周围空气的极值环境温度范围。
⑵确定冷却方式。
⑶对少量关键发热元器件进行应力分析，确定其最高允许温度和功耗，并对其失效率加以分析。
⑷按器件和设备的组装形式，计算热流密度。
⑸由器件内热阻(查器件手册)确定其最高表面温度。
⑹确定器件表面到散热器或空气的总热阻。
⑺根据热流密度等因素对热阻进行分析与分配，并对此加以评估，确定传热方法和冷却技术。
⑻选定散热方案。
第2章电子产品热设计分析第2.1节主要电子元器件热设计2.1.1 电阻器电阻器的温度与其形式、尺寸、功耗、安装位置及方式、环境温度有关，一般通过本身的辐射、对流和引出线两端的金属热传导来散热，在正常环境温度下，经试验得知，对功率小于0.5W的炭膜电阻，通过传导散去的热量占50%，对流散热占40％，辐射散热占10％。
因此在装配电阻器时，要使其引出线尽可能短，以减小热阻，安装方式应使其发热量大的面垂直于对流气体的通路，并加大与其他元器件之间的距离，以增加对流散热效果，电阻器的表面涂以无光泽的粗糙漆，可提高辐射散热能力。
2.1.2 变压器铁芯和线包是变压器的热源，传导是其内部的主要传热途径，因此要求铁芯与支架，支架与固定面都要仔细加工，保证良好接触，使其热阻最小，同时在底板上应开通风孔，使气流形成对流，在变压器表面涂无光泽黑漆，以加强辐射散热。
图 2-1变压器热设计第2.2节模块的热设计模块热设计是使模块在上述任一传热路径上的热阻足够低，以保证元器件温度不超过规定值，将界面温度即散热片或导轨的表面温度控制在0℃～60℃。
模块的热设计有两类问题：根据模块内部要求进行设计，包括界面温度、功耗和元器件的许用温度等；根据系统的环境、封装、单个或组合的模块功耗等要求，对整个系统进行热设计。
模块内部的热设计。
为满足电子模块的可靠性要求，设计上必须保证模块处于最大功耗时及在其额定界面温度下，使所有元器件的温度低于元器件的临界温度(即比有关规范规定的额定值的100%低20℃的温度)。
元器件的瞬态临界温度(指额定值)可看作安全因子，当散热片和导轨温度达到80℃(比最高界面温度高20℃)时所有元器件的温度应低于或等于元器件的瞬态临界温度。
电子产品热设计实例一：IBM “芯片帽”芯片散热系统如何将芯片发出的热量更好的传导出去，一直是硬件厂商多年努力的目标，因为更好的散热无疑意味着更高的芯片频率，更强的性能。
从理论上来说，散热片和芯片表面结合的越紧密，散热效率越高。
将散热片在芯片顶部压紧自然是一种方案，但压力过大又会破坏芯片。
IBM公司的研究人员近日发布了一项研究成果，能够大大提高芯片散热的效率。
这套系统名叫“芯片帽”，或者说是高导热性接触面技术。
我们之前安装CPU风扇时有这样的经验，风扇的散热片底部打磨的越光滑，在涂上导热剂之后接触越紧密，散热越好。
但IBM瑞士苏黎世实验室先进散热封装小组负责人Bruno Michel根据研究表示，完全光滑平整的接触面并不是散热的最佳方案。
他们从树木的根系和人的血管系统得到启发，在散热片底部开辟出了粗细不同，互相连接的渠道。
也就是说，散热片的底部也通过细微的高低不平增大了接触面积。
这样，当通过硅或银质的导热介质和芯片核心接触时，IBM宣称能够带来和现有方案相比10倍的散热效率。
同时，加在散热片上的压力只需要之前的一半，避免了破坏核心的可能性。
Bruno Michel表示，现有风冷技术最高只能支持每平方厘米75W的散热效率，而他们的“芯片帽”可以达到每平方厘米370W，能够带给芯片厂商大得多的开发空间。
同时，IBM的苏黎世实验室还在展望更加前卫的技术，名为直接喷射冲击技术。
该技术基于上面讲的多纹理接触面，又结合了液冷技术。
将散热片表面的渠道体系排列的更为规则，用最多50000个微型喷嘴直接向这些阵列喷射散热液体。
而液体流经这些繁杂的渠道后，在整个封闭系统内被全部回收。
如此一来，无疑能够创造更加革命性的散热效率。
图 2-2芯片帽示意图图 2-3构想中直接喷射冲击技术的散热片表面第2.3节整机散热设计⑴确定整机的热耗和分布。
⑵根据整机结构尺寸初步确定散热设计方案。
⑶对确定的冷却方式进行分析(如强迫风冷的风机数量，选型，级联方式，风道尺寸，风量大小，控制方式等)。
⑷针对分析结果可利用热分析软件进一步验证。
⑸对散热方案进行调整进而最后确定。
图 2-4比较优秀的整机散热设计电子设备的机壳是接受设备内部热量，并通过它将热量散发到周围环境中去的一个重要热传递环节。
机壳的设计在采用自然散热和一些密闭式的电子设备中显得格外重要。
试验表明，不同结构形式和涂覆处理的机壳散热效果差异较大。
机壳热设计应注意下列问题：（1）增加机壳内外表面的黑度，开通风孔（百叶窗）等都能降低电子设备内部元器件的温度；（2）机壳内外表面高黑度的散热效果比两测开百叶窗的自然对流效果好，内外表面高黑度时，内部平均降温20℃左右，而两侧开百叶窗时（内外表面光亮），其温度只降8℃左右；（3）机壳内外表面高黑度的降温效果比单面高黑度的效果好，特别是提高外表面黑度是降低机壳表面温度的有效办法；（4）在机壳内外表面黑化的基础上，合理地改进通风结构（如顶板、底板、左右两侧板开通风孔等），加强空气对流，可以明显地降低设备的内部温度环境；（5）通风口的位置应注意气流短路而影响散热效果，通风孔的进出口应开在温差最大的两处，进风口要低，出风口要高。