产品的热设计
浅谈热设计
浅谈电子产品热设计（一）、热设计中的常用词汇电子产品中经常会用到“热阻”（K/W）这个词。
在图1的示例中，连接A和B 的管道越细，水就越难流出，A和B之间的水位差也就越大。
相反，加粗管道后，AB之间的水位差将会消失。
这种阻碍水流动的作用就相当于热阻。
举例来说，当热流量为1W、温度上升1K时，热阻就是1K/W。
在热设计中，热阻扮演着非常重要的角色。
因为只要知道热阻，就能构思出散热措施，例如“如果要制造热阻为5K/W的散热片，尺寸大约会达到50mm×50mm×30mm”、“热阻为0.1K/W、因此必须要有风扇”等等。
发热量和散热量也是热设计的常用词汇，但二者都属于“热流量”（W），表示1秒的时间中产生或转移的热量。
“热容量”（J/K）也是一个重要参数。
热容量相当于图1中水箱A的底面积。
如果底面积大，即使加入大量的水，水位也不容易上升。
相反，如果底面积小，即使只加入少量的水，水位也会猛涨。
热也是如此，如果是热容量大的大铁块，就算发热量大，温度也很难升高。
相反，如果是热容量小的小塑料容器，哪怕发热量不大，温度也会迅速升高。
也就是说，热容量代表的是水位上涨1m需要注入多少L水，即使温度升高1K需要多少J热量。
假设热容量为1J/K，热流量为1W。
此时，1 秒钟将有1J的热能流入；而每吸收1J的热量，温度会升高1K。
因此，如果忽略热量的流失，1秒的时间中温度会升高1K。
由此可知，只要知道了热容量，就能推算出温度的升降。
热容量等于“比热×重量”，计算非常简单（注1）。
比热是单位质量物质的热容量，单位为J/kg·K（或J /kg·℃）。
质量则是体积×密度。
比热和密度都是物理性质，可以在手册中查到，而且，体积是由尺寸决定的，因此，只要知道材料和尺寸，就能计算出热容量。
至于印刷电路板等复合材料，在计算出各种材料的热容量之后，相加即为总的热容量。
（注1）热阻的计算方式因热传导、热对流、热辐射等热移动的方式而异，非常复杂。
电子产品热设计原理和原则
冷
d
L
L
热 热 D
D 热
D 冷
d
热 D
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冷 热 D d
热
冷
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3.是否充分利用导热路径：导热材料将发热器件与机壳相连。 4.是否充分利用辐射散热路径； 5.使用散热器； 6.其他冷却技术：冷管
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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。
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。
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烟囱效应形成的压差
H
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[℃])
近的规格
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散热片的材料和表面处理
材料： 1. 散热要求不高的场合，用铝材； 2. 散热要求高的场合，用铜材； 3. 兼顾成本、散热性能要求，基座用铜，鳍片用铝。
表面处理： 为提高鳍片外表面的辐射接收性能，将外表做黑化处理 提高鳍片黑度
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散热片的安装
安装散热片的注意事项：
Tj
R = Rjc + Rcs + Rsa
Tj ----晶片界面温度，一般115-180 ℃,军用65-80 ℃; Tc ---- 晶片与导热介质界面温度 Ts ----导热介质与散热片界面温度 Ta ----外界为空气35-45 ℃ ，密闭空间或接近其他热源50-60 ℃ Rjc ----晶片到封装外壳热阻 Rcs ----导热介质热阻 R20s2a4/4-/-2-8-散热片热阻
产品的热设计方法培训
产品的热设计方法培训1. 引言在产品设计中，热设计是一个关键的方面。
不合理的热设计会导致产品故障、性能下降甚至损坏。
为了提高设计师对热设计的理解和能力，本次培训将介绍一些常用的产品热设计方法。
2. 热设计的重要性热设计在产品的可靠性、性能和寿命等方面起着重要作用。
以下是热设计的几个重要方面：2.1 热传导热传导是指热量从高温区域传递到低温区域的过程。
合理的热传导路径和材料选择可以减少热量传导的阻碍，提高产品的散热效率。
2.2 热辐射热辐射是指物体通过辐射热能的过程。
合理的热辐射设计可以降低产品的表面温度，提高用户的使用体验。
2.3 热扩散热扩散是指热量在材料内部的传播过程。
合理的热扩散设计可以避免局部高温区域对产品的损害，延长产品的使用寿命。
2.4 散热系统散热系统是指通过散热器、风扇等设备将热量排出产品的过程。
合理的散热系统设计可以确保产品在长时间高负载运行下的稳定性和可靠性。
3. 常用的热设计方法3.1 材料选择合适的材料选择对于产品的热设计至关重要。
常用的散热材料有铝合金、铜、陶瓷等。
选择合适的材料可以提高热导率，加快热量传递速度。
3.2 散热器设计散热器是散热系统中最常见的组件。
合理的散热器设计可以增加散热面积，提高散热效率。
常见的散热器设计包括鳍片散热器、热管散热器等。
3.3 风道设计风道设计是散热系统中另一个重要的方面。
合理的风道设计可以提高风流的流动性，降低风阻，增加散热效果。
风道设计的关键点包括通风口的位置和大小，风道的设计曲率等。
3.4 散热风扇选择散热风扇是散热系统中的核心组件之一。
合适的风扇选择可以提供足够的散热量，保持产品的温度在安全范围内。
常见的散热风扇类型有直流风扇、交流风扇等。
3.5 温度传感温度传感是对产品温度进行实时监测的关键组件。
合适的温度传感器可以及时检测到产品的温度变化，采取相应的散热措施。
常见的温度传感器有热电偶、热敏电阻等。
3.6 热模拟和仿真热模拟和仿真是热设计过程中的重要工具。
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。
电脑及服务器的热设计
电脑及服务器的热设计文/何国安(富士康科技集团CMMSG事业处 Server RD)电脑的重要元器件主要由晶体管组成，温度对二极管性能的影响非常大，温度影响元器件的性能和寿命。
温度过高对风扇与硬盘等其他零件的寿命影响也非常大，对风扇来说，温度每上升10℃，其寿命同样会缩短一半。
1 电脑服务器散热技术发展电脑服务器等的散热主要经历了铝型材散热片、接著散热片、镶嵌热管散热器、平板热管散热器以及水冷散热器与热电制冷散热器等发展过程。
目前后两种散热器由于各自的使用条件相对要求较高仍未得到广泛应用。
IBM第一部个人计算机（PC）已经使用电动风扇来散热，不过只用于电源，此风扇主要是为了加速电源部分的电路散热，而非机内主板部分的散热，不过它对主板方面也有一定的散热效果。
图1 1981年的IBM PC开始就有使用风扇散热（图片来自：）在80286后期与80386前期时CPU开始使用散热鳍片（Heat Sink，简称：散热片），这是在80286将运作频率从16MHz提升到20MHz时所使用，另外80386SX 也有使用，除此之外x86处理器多半用新封装、新制程的技术方式来克服散热，使其保持不用散热片也能正常运作，一直到80486SX-20、80486DX-25为止。
此后的80486DX-33就几乎都要搭配散热片，甚至采用风扇来散热。
不过此时除了处理器外，主板上的其他电子组件都还不用特别的散热设计，仍然是使用传统的对流散热。
图2 典型 CPU 散热片Pentium世代，PC提出了硬件监督机制的补强、改善方案，增加了处理器温度、风扇转速等监控措施。
但是处理器用电愈来愈凶，温度愈来愈高，因此业界开始提出用热电致冷器（ThermoElectric Cooler：TEC）进行散热的方案。
硬件监督机制与致冷器，都约在1996年、1997年间提出，硬件监督机制目前已经成为各款型PC的基础管理功能，而致冷器则因诸多因素而未能持续采用，主要原因是致冷器效率低，自身需消耗大量电力，热端需要的散热量更大等。
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。
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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。
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热设计的基础知识
热设计的基本原则
热设计的基本原则
热设计的基本原则：
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，电气设计相互兼顾；并应遵守相应的国际，国内行业标准。
2.应将设备内温度控制在所规定的范围内，求得设备温度稳定性，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。
3.作为设备热设计的温度控制稳定装置，其在规定期限内的可靠性要大于设备的可靠性，必要时可采用冗余措施，考虑相应的设计余量，提高其可靠性。
4.热设计应考虑产品的经济性指标，在保证散热的前提下使其结构简单、可靠且体积最小、成本最低。
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的冷却方式。
举例分析电子产品的五大要素
举例分析电子产品的五大要素
1、热设计
高温会导致绝缘性能退化、元器件损坏、材料的热老化、低熔点焊缝开裂、焊点脱落，必须采用自然冷却、强迫风冷、强迫液冷等各种形式对温升进行控制。
2、电磁兼容设计
各种运行的电力设备之间以电磁传导、电磁感应和电磁辐射三种方式彼此关联并相互影响，在一定的条件下会对运行的设备和人员造成干扰、影响和危害，这就需要进行诸如电磁屏蔽、接地等电磁兼容设计。
3、防腐蚀设计
腐蚀破坏是结构材料最重要的破坏形式之一,它是机械设计中不可忽视的重要因素。
因此,设计人员不仅要考虑设备构件的功能作用,还必须考虑腐蚀环境中的防护措施,以减轻或防止腐蚀所造成的危害。
4、连接设计
电子设备中存在大量的固定、半固定以及活动的电气触点。
连接结构问题是产品设计中一个重要的问题。
构成产品的各个功能部件需要以各种方式连接固定在一起形成整体,以完成产品的设计功能，需要正确的设计、选择连接方法和工艺。
5、人机工程学设计
电子设备既要满足电性能指标，又要使设备操作者感到方便、灵
活、安全，外形美观、大方，需要设计出符合人的生理、心理特点的结构和外形，更好的发挥人和机器的效能。
以上就是电子产品设计的五个因素，设计公司在设计时，不单单要考虑外观因素，还要考虑产品的性能以及用户的接受程度等问题。
只有这样才能够设计出优秀的电子产品。
热设计-电子科技大学
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
λ＝0.3164/Re 0.25
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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＝ξρV2/2
ξ－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。
交流配电单元
监控模块 整流模块
进风口
直流配电单元
交流配电单元
监控模块 风道
整流模块
进风口
直流配电单元
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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。
➢ 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。
热设计及热分析
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。
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。
封装热设计
封装热设计热设计是指在产品开发过程中，对于热管理的设计和优化。
封装热设计则是在电子封装领域中，通过合理的设计和优化，使电子产品在工作过程中能够有效地散热，避免过热对电子元器件的损坏和性能下降。
在现代电子产品中，尤其是高性能的计算机、移动设备和通信设备中，电子元器件的集成度越来越高，功耗也相应增加。
这就给产品的热管理带来了巨大的挑战。
如果热量不能有效地散发出去，就会导致设备过热，进而影响设备的性能和寿命。
为了解决这个问题，封装热设计成为了电子产品设计中的一个重要环节。
首先，需要通过合理的封装结构设计来提高散热效率。
封装结构中的散热片、散热模块等部件的选取和布局都需要考虑热量的传导和散发。
此外，还需要考虑散热材料的选择和使用，以及与设备外壳的热接触方式。
这些都需要综合考虑产品的散热需求和成本因素。
还需要通过优化电路布局和电路设计来减少功耗，并降低温升。
在电路设计中，可以采用低功耗的设计方案，减少电流的消耗，从而降低功耗和热量产生。
此外，还可以通过优化电路布局，减少电路之间的干扰，提高整体的散热效果。
还可以采用热传导材料来提高热量的传导效率。
热传导材料具有良好的热传导性能，可以将热量快速传递到散热部件上，从而提高散热效果。
常用的热传导材料包括导热胶、导热膜和导热垫等。
这些材料可以在电子元器件和散热部件之间形成一个良好的热传导通道，提高热量的传导效率。
还可以采用风冷、水冷等主动散热方式来提高散热效率。
风冷散热是通过风扇将空气吹拂到散热部件上，利用空气的对流和传热来散发热量。
水冷散热则是通过水冷头或水冷板将热量传递到水冷系统中，通过水的流动和传热来散发热量。
这些主动散热方式可以有效地提高散热效果，适用于一些功耗较高的设备。
封装热设计是电子产品设计中不可忽视的一个环节。
通过合理的设计和优化，可以提高电子产品的散热效率，避免过热对设备的影响。
在封装热设计中，需要考虑封装结构、电路布局、热传导材料和散热方式等多个因素，综合考虑产品的散热需求和成本因素。
热设计技术规范
2024/1/26
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热设计应用领域
2024/1/26
电子设备
热设计在电子设备领域应用广泛，如计算机、手机、平板电脑等。通过优化设备的散热结 构、提高散热效率，可以确保设备在长时间工作或高负荷运行时保持良好的性能。
航空航天
在航空航天领域，热设计对于确保飞行器的稳定性和安全性至关重要。通过合理的热设计 ，可以控制飞行器内部温度，防止设备过热或结冰，确保各种传感器和控制系统正常工作 。
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ห้องสมุดไป่ตู้
热设计定义与目的
热设计定义
热设计是一种工程方法，旨在优化电 子设备和系统的热性能，确保其在各 种工作条件下能够稳定、高效地运行 。
热设计目的
通过合理的热设计，可以降低设备的 工作温度，提高设备的可靠性、稳定 性和寿命，同时优化能源利用效率， 减少热污染和环境影响。
2024/1/26
4
热设计原则与方法
火箭热设计
解决高速飞行时产生的气动加热问题，保护关键部件免受高温影响 。
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汽车零部件热设计案例
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发动机热设计
改进冷却系统结构，提高散热性能，降低发动机 温度波动。
电池热设计
针对电动汽车电池组，采用液冷或风冷技术，确 保电池在适宜温度下工作，延长使用寿命。
3
空调系统热设计
优化空调制冷和制热效果，提高能效比，提升驾 乘舒适度。
设计迭代
根据测试结果对热设计方案进行迭代优化，直至满足 设计要求。
2024/1/26
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04
热设计实例分析
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
ERA
2024/1/26
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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。
产品的热设计及验证
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
《热设计及工具使用》课件
2 热设计在能源领域中的应用
探讨热设计在能源开发和利用中的重要性，如太阳能热发电。
3 热设计在建筑领域中的应用
介绍热设计在建筑发展趋势
展望热设计领域的未来发展，如自动化热设计、热设计智能化等。
《热设计及工具使用》 PPT课件
# 热设计及工具使用
热设计概述
热设计的定义
热设计是指通过热学分析 和计算，对工程产品的热 传导、热辐射和热对流等 热现象进行分析、研究和 优化的过程。
热设计的意义
热设计可以提高产品的热 性能和热效率，降低能耗 和成本，保障产品的安全 和可靠性。
热设计的应用范围
热设计广泛应用于各个领 域，包括机械、电子、能 源、建筑等。
热设计实践
热设计实践的步骤
介绍热设计实践的整体流程， 包括需求分析、方案设计、模 拟分析和实验验证。
热设计实践的技术要点
分享热设计实践中的一些技术 要点，包括材料选择、热传导 优化等。
热设计实践的案例分享
分享一些热设计实践的案例， 展示热设计在解决实际问题中 的应用效果。
热设计的应用
1 热设计在工业生产中的应用
常用的热设计工具 介绍
介绍热设计常用的软件和工 具，包括ANSYS Fluent、 SolidWorks Flow Simulation 等。
热设计工具的使用 方法
详细介绍热设计工具的操作 步骤和注意事项，帮助用户 快速上手。
热设计工具的应用 案例
分享一些成功的热设计案例， 展示热设计工具在实际项目 中的应用价值。
热设计对人类社会的意义
讨论热设计对人类社会发展的影响和意义，如提高能源利用效率。
热设计国内外的现状
热设计和仿真_经验总结
热设计和仿真_经验总结一、充分了解工作需求：在进行热设计和仿真之前，首先要充分了解产品的工作需求和设计要求。
明确产品的热传导方式、工作环境和散热要求等因素，有助于更准确地进行后续的热设计和仿真工作。
二、合理选择仿真软件：市面上有许多热仿真软件，选择合适的软件对于工作的顺利进行至关重要。
在选择软件时，要考虑到软件的仿真精度、计算速度、操作界面等因素，以及软件是否能满足产品的热设计需求。
三、准确建立模型：建立准确的模型是进行热仿真的基础。
在建立模型时，要充分考虑产品的实际几何特征和材料属性，并合理选择边界条件。
模型的准确性对于仿真结果的准确性起着重要的影响，因此在建模过程中要仔细检查每一个细节，确保模型的准确性。
四、选择适当的网格划分：网格划分是进行热仿真的关键步骤之一、合理的网格划分可以提高计算的精度和计算速度。
在进行网格划分时，要根据模型的复杂程度和实际计算需求选择适当的网格划分方法和网格密度。
五、合理设置边界条件：边界条件的设置直接影响着仿真结果的准确性。
在设置边界条件时，要考虑到产品的实际工作环境和热传导方式，合理设置边界温度、热通量和热辐射等参数，确保仿真结果的准确性和可靠性。
六、对仿真结果进行验证与分析：在进行热仿真后，需要对仿真结果进行验证和分析。
验证仿真结果的准确性可以通过与实际测试结果的比较来实现。
分析仿真结果可以从温度分布、热流分布和热传导路径等方面进行，发现潜在的热设计问题并提出改进措施。
七、持续学习和经验积累：热设计和仿真是一个不断学习的过程，随着技术的不断更新和产品的不断发展，需要不断学习新的仿真方法和技术。
同时，通过实际工程项目的积累，逐渐积累丰富的经验和解决问题的能力。
总之，热设计和仿真是一项专业且复杂的工作，需要综合运用多学科知识和技术。
通过对工作需求的充分了解、准确建立模型、合理选择软件和网格划分方法，以及对仿真结果的验证和分析，可以提高热设计和仿真工作的效率和准确性。
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。