电子设备热设计技术
某密闭电子设备的热设计论文
某密闭电子设备的热设计论文0引言电子设备热设计是指对电子设备的发热元器件以及整机设备或系统的温度进行控制所采取的措施，其目的在于保证电子设备或系统正常、稳定、可靠工作。
电子设备在工作时，会耗散大量热量，为保证电子设备在相应的工作环境下长期、稳定工作，热设计是必不可少的重要环节。
文中以某密闭电子设备为例，应用IcepaJ软件来进行热设计。
Iepk软件是以有限体积法为求解器的热设计仿真软件，具有强大的后处理功能，它可以模拟真实的温度场、压力场和流速场，在后处理中可以看到各种参数结果，能以直观的形式显示出温度分布，气流流向及速度分布等。
1热分析软件设计流程热分析软件的设计流程如下：1)根据总体的要求，确定设备的环境条件和最高允许温度；2)弄清楚设备的技术条件，主要是设备的发热功率，设备的组成以及设备的使用要求等；3)根据总体要求，先设计一个认为可行的方案。
在Icepak软件中设定环境条件，如环境温度，重力因素，分析的精度等。
在该文件中创建设备的具体模型，比如:风机、发热单元、出风口等，各个单元提供详细的发热功率及几何尺寸；4)模型建立完成后，划分并生成网格。
网格的划分一般由软件自动进行，可根据需要设定网格的参数，一般默认可满足要求，如果网格的划分不理想，可以自己设定关键部件的网格参数；5)软件解算完成后，后置处理模块可以输出可视化的速度矢量图、等值面图、粒子轨迹图、网格图、切面云图、点示踪图等；6)根据可视化的后处理图形，可以方便的看到设备温度分布和气流运行情况，找出影响设备散热的薄弱环节，提出改进方案，重新进行计算，直到结果满足设计要求。
热设计的过程是一个反复迭代的过程，一般根据经验先建立原始仿真模型，根据计算结果，设计出改进模型，重新进行仿真，直到模型能达到设计要求为止。
2软件设计仿真2.1问题描述根据项目的要求，密闭电子设备所处环境比较恶劣，只能考虑自然散热。
出计算模型如下：1)工作环境温度55°Q设备最高允许温度85°C;2)密闭电子设备是一个封闭铝制箱体表面散热齿为横向；3)箱体外形尺寸为430_X275_X240mm内部平行插装10块PB反；4)箱体内以发热器件均分布在PB板上，除CP外，其余器件总发热功率8W分散布置；5)最大发热芯片CU1热耗散功率为5WCP2热耗散功率为1.25W 2.2建模在Icepak软件中建立密闭机箱的初始模型，对两个CP所在PB 板进行芯片级建模，其余PB板进行板级建模，提取项目中主要发热器件的热参数，尽量让模型与实际相符。
A7.电子设备热设计规范
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
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
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。
电子设备“三防”设计和热设计..
5.防霉菌设计 克服霉菌危害的主要措施有以下几个方面：
选择不易长霉和耐霉性好的材料； 将设备严格密封，并使其内部空气保持干燥（相对湿度低于 65）、清洁； 设备表面涂覆防霉剂或防霉漆； 利用紫外线照射防霉并消灭已生长的霉菌； 在密封设备中充以高浓度的臭氧来消灭霉菌。
（二）合理的结构形式和表面镀涂层设计
在电子设备的结构设计中，设计是否合理，对环境适应能力 的影响最大，也是最主要的。因为大多数的腐蚀问题都能通过合 理的结构设计来避免。 1. 设备尤其是舱室外设备应尽量避免易积存腐蚀介质、雨水或冷凝
水的结构，采用各种行之有效的设计措施，进行排水、排液通风。
如焊接结构应采用连续焊缝设计，尽可能消除缝隙和凹坑结构， 防止积水、灰尘和盐雾。
破坏的主要形式
根据材料的相容性，合理选用不同类型的金属和镀层是极为重 要的。设计时必须综合材料的电气、力学、物理、化学以及加工性 能等特性而优选耐蚀性好的金属材料和不长霉、耐老化的非金属材 料。 耐腐蚀性能好的金属材料：金、铬、镍、钛及钛合金、
铝合金、铜合金和不锈钢等。
不长霉、耐老化的非金属材料：聚四氟乙烯、聚碳酸酯、 改性聚苯乙烯、有机玻璃和硅橡胶等。 考虑到经济因素，通常选铝合金、铜合金、不锈钢和优质碳素 钢等再镀覆金属层和涂覆非金属层联合保护。通常我们优先选择 经认证或多年实践证明是可靠的金属材料和非金属材料。对选用 的新材料，特别注意考虑其可靠性、工艺稳定性、供应的可能性。
电子设备“三防”设计和热设计
现代“三防”技术的范畴，已不单纯是一 项工艺技术的实施，而应当涉及到电路、结构、 工艺和综合性技术管理的各个方面，其中结构 设计是将“三防”贯彻到产品设计中的关键， 必须重视“三防设计”，而并非单纯的在产品 完成后进行“三防设计”。
电子设备热设计方法
式中： φ —— 热流密度，W/m 2； A —— 换热面积，m2； C —— 系数，由表2-1查得； D —— 特征尺寸，m；
Δt —— 换热表面与流体（空气）的温差，℃。
表
2-1
自 然 对 流 准 则 方 程 中 的 C 和 n 值
ln( r2 r1 )
R?
2? ? l
?W ?
长度为 l 的圆筒 壁的导热热阻
接触热阻
实际固体表面不是理想平整的，所以两固体表面直接接触的界 面容易出现点接触，或者只是部分的而不是完全的和平整的面 接触 —— 给导热带来额外的热阻
减小散热器与器件之间的接触热阻
影响接触热阻的因素较多，迄今没有一个普遍适用 的经验公式加以归纳，因此工程设计中都是根据实验或 参考实测数据来选择接触热阻。
c. 根据上述两条规定，确定每个元器件的允许温升
d. 确定每个元器件冷却时所需的热阻
? 热阻的计算
Rt
?
?t ?
式中Rt 为整个传热面积上的热阻，℃/W。
a.
平壁导热热阻：
Rt
?
? ?A
b.
对流换热热阻：
Rt
?
1 hc A
3冷却方法的选择
3.1冷却方法的分类 3.2冷却方法的选择 3.3冷却方法选择示例
3.1 冷却方法的分类
? 按冷却剂与被冷元件之间的. 自然冷却（包括导热、自然对流和辐射换热的单独 作用或两种以上 换热形式的组合）
b. 强迫冷却（包括强迫风冷和强迫液体冷却等） c. 蒸发冷却 d. 热电致冷 e. 热管传热 f. 其它冷却方法
λ —— 流体的导热系数， W/(m·℃)； β —— 流体的体积膨胀系数， ℃-1； g —— 重力加速度， m/s2； ρ —— 流体的密度， kg/m3； μ —— 流体的动力粘度， Pa·s；
电子设备的热设计研究
电子设 备的热设计研 究
张 斌
（ 中国电子科技集团公司 第五十四研究所 ， 河北 石家庄 ００ ８ ） ５０ １
摘 要： 分析 了现代 电子设备热流密度的特点 ， 强调 了热设计重要 巨， 概括 了热设计 所涉及到 内容 ， 分剐从导热、 对流和热辐
下换热系数 的估算和确定［ ４ １ 。 ３３ 热辐 射 ． 与传导和对 流不同 ，热辐射是通过电磁波 的方 式传递能量 的过程。辐射不需要物体之间的直接接 触， 也不需要任何中间介质 。 同一物体 ， 温度不同时的热辐射能力也不一样 ， 温 度 相 同 的不 同物体 的热 辐射 能 力 也不 一样 。 同一 温度下黑体 的热辐射能力最强 。黑体在单位时间内 发 出的热辐射热量由 Ｓ ｆ — ｏｚ ａｎ ｔ ａ Ｂ ｌｍ ｎ 定律揭示 ｅｎ ｔ
． 断增大 ， 电子元器件散发的热量相应增加 ， 热流密度 ３ １ 导 热 当两个物体相互接触 ，或者一个物体 的各部位 也成倍增加 。 如何有效地降低 电子元器件的温升 ， 尤 之 间 温度 不 同 ， 会发 生 导热 。导 热 示意 图见 图 １ 就 。 其是降低密封小体积内的电子元器件的温升 ，这对
随着 电子技术 的飞速发展 ，大规模集成电路得 ３ 传 热学原理 到广泛使用 ， 集成化器件的功能 日 趋复杂 ， 出功率 输 在 自然界中 ，热量总是 自发地从高温物体传 向 不断加大 。电子设备 ， 特别是特殊领域 电子装备 ， 由 或由物体 的高温部分传 向低温部分。只要 于小型化和机动性的需要 ，要求缩小器件的封装体 低温物体 ， 就会有热量的传递 。 积， 其结构设计朝着超小型组装方向发展 ， 器件的封 有温度差存在 ， 热量传递有 ３ 种方式 ： 导热、 对流和热辐射 。 装密度 ， 就随之增高 ， 也 单位面积所需耗散 的功率不
艾默生电子设备强迫风冷热设计规范
艾默生电子设备强迫风冷热设计规范艾默生电子设备强迫风冷热设计规范艾默生电子是一家致力于工业自动化技术、商用电力系统技术、数据中心技术和电信通讯技术领域的全球领先技术提供商。
作为这一行业的领军企业，艾默生电子对于产品的研发和设计有严格的要求，其中强迫风冷热设计是其中十分重要的一环。
强迫风冷热设计，顾名思义就是通过局部强制通风的方式来实现设备散热的一种方式。
在现代电子设备中，由于器件集成度和功率密度的不断提高，设备内部产生的热量也越来越多，而设备运行时又必须保持稳定的工作状态，因此散热是非常重要的。
艾默生电子针对不同的产品线都有相应的强迫风冷热设计规范，下面将重点介绍其设计要点以及原因。
一、电子设备的工作原理在介绍强迫风冷热设计规范之前，需要先了解电子设备的工作原理。
电子设备是由许多不同种类的电子器件组成的，这些器件能够将电能转化为其他形式的能量：如光能、热能等。
这些器件在工作中会产生大量的热量，如果不及时散热就容易造成器件温度过高，导致设备的性能下降，或者直接损坏器件。
因此，保证电子设备的散热至关重要。
二、强迫风冷热设计的原理艾默生电子的强迫风冷热设计是一种利用风力强制加速设备内部空气流动，以实现快速排热的技术。
这种技术通常通过设置风扇和散热器的方式来实现。
风扇会将外界的冷空气引入设备内部，并将热空气排出设备外部。
散热器则可以对热量进行有效的散热，以保证设备的正常工作。
三、强迫风冷热设计规范1. 设备内部空间结构设备内部的空间结构是影响强迫风冷热设计最重要的因素之一，其主要影响因素包括设备的大小、器件布局、排列方式等。
艾默生电子要求设备内部应具有良好的空气流通性，可以合理地分配热量和优化热点位置，以确保设备的散热效果。
2. 设备散热器的设计艾默生电子的设备散热器设计通常适用于具有大功率的设备。
这些散热器通常采用大直径，高转速的风扇，以确保设备能够适应在高负载、高温度环境中的运行。
散热器的外形和结构也需要根据不同的设备类型进行个性化设计，以确保其散热效果达到最佳状态。
电子设备可靠性热设计4.1
Ф = KAΔt
(3-1)
式中: Ф——热流量，W； K——总 传 热 系 数 ， W/(m2•℃)； A——传 热 面 积 ， m2； Δt——热 流 体 与 冷 流 体 之 间 的 温 差 ， ℃ 。
热量的传递有三种基本方式：导热、 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。
热设计应与其它设计（电气、结构、可靠性等设计） 同时进行，当出现冲突时，应进行权衡分析，折衷解 决。但不得损害电气性能，并符合可靠性要求，使设 备的寿命周期费用降至最低。
热设计中允许有较大的误差。 在设计过程的早期阶段应对冷却系统进行数值分析和
计算。
30
可靠性物理国防科技重点实验室
3.2 传热基本原则
9
可靠性物理国防科技重点实验室
1.2 空气动力的加热
高速飞行的导弹以及其它的飞行器，由于空气阻力 的作用，在设备的外壳上将产生大的热量。这些热 量将传到装在飞行器内的电子设备中，这就是空气 动力产生的热量。
10
可靠性物理国防科技重点实验室
1.3 机械摩擦转换成热量
为了克服机械运动过程中的摩擦力将损失部分能量， 这又是一种热能的转换形式。
能参数进行测量，为热设计或改进设计提供技术数据。
22
可靠性物理国防科技重点实验室
2. 4 热设计常用的技术措施
最大限度地利用传导、自然对流和辐射等简单、可靠的 冷却技术。
尽可能缩短传热路径，增大换热（或导热）面积。 加大热传导面积和传热零件之间的接触压力，提高接触
表面的加工精度或在接角面间加导热脂，以减少热阻 。 在热流通道口应减少各种阻力，零件和元器件的排列的
11
可靠性物理国防科技重点实验室
电子设备热设计散热技术与方法选择数据分析
电子设备热设计散热技术与方法选择数据分析摘要热设计关系到电子设备是否能安全可靠的运行。
本论文根据热力学散热理论，从散热方法的选择以及基板上器件的布局等方面说明了电子设备结构设计中热设计的方法及重要性，介绍了最新的散热技术与方法。
关键词电子设备；可靠；散热1 概述近些年，微电子技术突飞猛进，多功能、高密度封装、高速运转、体积小等特点的器件在电子设备中应该越来越广泛，引起了相应电子设备的热流密度集中放大。
要保证电子设备可靠、稳定工作，必须对整个设备有良好的热设计，提高散热能力和速度，从而提高产品的可靠性和安全性。
电子设备的热设计是指通过元器件选择、电路设计、结构设计和布局来减少温度对产品可靠性的影响，使设备能在较宽的温度范围内工作。
热设计的目的是：保证电器性能稳定，避免或减小电参数的温度漂移；降低元器件的基本失效率，提高设备的平均无故障工作时间；减缓机械零部件氧化、老化、疲劳以及磨损等进程，从而延长电子设备的使用寿命[1]。
2 热设计的基础电子设备的热设计应根据所要求的设备可靠性和分配给每个器件的失效率，利用元器件应力分析预计法，确定元器件的最高允许工作温度和功耗，使热设计满足可靠性的要求；另外，充分考虑设备预期工作的热环境，包括环境温度和压力的极限值、变化率、太阳或周围其他物体的辐射热载荷、可利用的热沉状况以及冷却剂的种类、温度、压力和允许的压降等。
最后，热设计还应符合相关的标准和规范规定的要求[2]。
3 冷却技术应用的条件目前冷却方法分为直接冷却、间接冷却（即把内部的热源导到散热片上）、蒸发冷却、自然冷却（包括导热、自然对流、辐射换热）、热管传热、强迫冷却（强迫风冷和强迫液体冷却）等[3]。
3.1 当温升条件为40℃时，不同冷却方法带来的热流密度和体积功率密度值如图1和图2所示。
3.2 温升要求不同的各类设备冷却，可参照热流密度和温升的要求（图3）进行选择。
3.3 冷却方法案例所示功耗为300 W的电子组件，将其装在机柜里，放在正常室温的空气中，分析对此机柜采用特殊冷却措施的具有不必要性，且可将机柜体积进行适当缩减。
电子设备自然冷却热设计规范
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
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。
电子设备热设计基本知识
•热设计的有关概念
•对流：固体表面与流体表面传热的主要方式。 •自然对流：流体的运动是由于流体密度差和温度梯度引起的。
•在自然对流传热中，上部较冷流体与底 部较热流体间的密度差引起流体温升
•热设计的有关概念
•强迫对流：流体的运动是由外力（如风机、风扇或泵）造成的。
•强迫对流
•热设计的有关概念
• 压降：当流体流经固体物质或物体在导管内流动时 ，摩擦、流动面积的限制或方向的突变会阻止这种流动 。结果产生压力损失或压力下降。 • 需要用风机或泵来克服这种压降。流速越高，表面 越不规则，则压降越大。 • 在强迫对流系统中，冷却剂流动通路的几何形状及 系统压降是重要的问题。
热设计的目的
• 电子设备的热设计系指利用热传递特性对电子设备的 耗热元件以及整机或系统采用合适的冷却技术和结构设计 ，以对它们的温升进行控制，从而保证电子设备或系统正 常、可靠地工作。 • 热传递的方式：传导、对流、辐射。 • 一般来说，这三种形式在电子系统的热传输中所占的 比例分别为60％、20％、20％。
热设计的有关概念
•（5） 热流密度 • 单位面积的热流量。 •（6） 体积功率密度 • 单位体积的热流量。 •（7） 热阻 • 热量在热流路径上遇到的阻力（内热阻、外热阻、系统热 阻） 。温差越大，热流量就越大。△T＝RQ 热阻的单位是 ℃/W。
•热设计的有关概念
•内热阻： • 产生热量的点或区域与器件表面指定点（安装表面）之间的 热阻。晶体管和微电路的内热阻是指结到外壳间的热阻θjc。外 热阻： • 器件上任意参考点（安装表面）与换热器间，或与设备、冷 却流体或环境交界面之间的整个热阻。 •系统热阻： • 设备外表面与周围空间或换热器与冷却流体间的热阻。
•热设计基本考虑
电子设备热设计概述
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。
热设计技术规范
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5
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 。
3
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。
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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 。
18
汽车零部件热设计案例
1 2
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。
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04
热设计实例分析
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
ERA
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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。
电子设备热设计培训资料
2019年8月北京
电子设备热控制(设计)技术
热设计理论基础 热设计基本原理
蒸发冷却 热电致冷
自然冷却 强迫风冷 液体冷却
热管传热 热测试技术 低热阻及高效热控制技术
电子设备热(控制)设计参考资料
1、《电子设备热控制与分析》 2、《电子设备结构设计原理》 3、《电子设备冷却技术》 4、《微电子设备的换热》 5、《GJB/Z27电子设备可靠性热设计》 6、《Thermal computation of Electronic Equipment》 7、《电子机器的热对策》（日文）
w1 wi1
( w)
接触热阻的影响因素
接触表面接触点的数量、形状、大小及分布规律 接触表面的几何形状（波纹度和粗糙度） 非接触间隙的平均厚度 间隙中介质种类（真空、液体、气体等） 接触表面的硬度 接触表面的压力大小 接触表面的氧化程度和清洁度 接触材料的导热系数
减小接触热阻的方法
在接触表面涂一薄层导热脂（膏） 加一薄紫铜片或延展好的高导热系数材料
v
kcAatw1tw2
自然冷却设计原则
（1）提高设备内部电子元件向机壳的传热 能力
（2）提高机壳向外界的传热能力 （3）尽量降低传热路径各个环节的热阻，
形成一条低热阻热流通路
电子设备自然冷却设计技术
自然冷却设备的结构因素
机壳热设计
机壳表面处理
机壳通风孔面积
A (cm ) 0
2
0 7.41 05Ht1.5
消除热应力的元件安装方法
（a）
（b）
（c）
导轨结构形式
（a） 条件
（b）
（c）
各种导轨的热阻值(℃.mm/W)
(A)
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。
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采用散热PCB（导热条、导热板、夹芯板） 粘接技术 尽量利用DIP的引线导热 冷热分区排列 元件排列方向有利于气流流动与冷却（阻力） 减小元件热应变的安装技术 导轨热设计
PCB热计算
均匀热负荷导热条热计算
tmax
L 2 kA c
普通PCB热计算
T1 4 100
T2 4 100
( w)
导 热
温度场 导热基本定律 单层平壁导热 导热热阻
t kA n
(w)
Rt
kA
(t w1 - t w2 )
kA
(w)
t w1 t w 2
(C ) w
单层圆筒壁导热
2kl (t w1 t w 2 ) r2 ln r1
B
2.81W
RSG
D
3.03W
55℃
电子设备强迫空气冷却
单个元件风冷 整机抽风冷却 整机鼓风冷却
大机柜中屏蔽盒的通风冷却
出风口
PCB 大机柜
外部对流
外部辐射 内部对流 空气入口 滤尘器 风机
热计算
hc JC p G
2.7 0.9 8 Re
2 Cp 3 k
当 200 Re 1800
hc A(t wc t f )
Gr Pr
竖放平 板柱体
流态 层流 紊流 层流 紊流 层流
C
0.59
0.10 0.54 0.15 0.27
n
1/4
1/3 1/4 1/3 1/4
特征尺寸
＜109
＞109
高度
＜2×107 水平板 (热面朝上) ＞2×107 水平板 3×105 (热面朝下) ~ 3×1010
对流换热现象 空气自然对流 气体强迫对流 水自然对流 水强迫对流 水沸腾 高压水蒸汽强迫对流 水蒸汽凝结 换热系数 3~10 20~100 200~1000 1000~15000 2000~25000 500~3500 5000~15000
对流换热计算
准则数
Nu
hc D k
名称
物理意义
换热强弱
hc 0 hc 0
t max
BRsq 8L
1
1
1 ch1.57 L B
(4)
t max
E F
Rsq 2 hc LB
1 0.0785 E F
2 0.5 ch 2 hc Rsq L 0.5 B 1 2 0.5 ch 2 hc Rsq B 0.5 L
空间热阻
Eb1
Er1
1 1 1 A1
Er
Eb1 Er
11 1A 1
12
两表面间
A 11 2
1
Er 2 Er 2
A 11 2 1
1 2 2 A2
Er 1 Er 2
12 A 1
1
Eb1
Er1
1 1 1 A1
Eb 2
热流体
固体壁(平壁或圆筒)
hc Atwc t f
d rf l
定性温度: 流体平均温度 t f 0.5 t 'f t 'f' 特征尺寸: 管子内径或当量直径 l 50 注:上述公式或适用于直管、长管 d 否则要乘相应修正系数
1
3
u f 0.14 uw
沿平板流动（或沿柱体轴线流动）
Rsq Rsb Rsb Rsc
Rsb
kb b
1
(PCB 方阻) (印制线方阻 )
Rsc kc1 c
: 印制线占PCB面积百分比
(1) B
hc 0
t max
t max
RsqL 8B
L
(2) (3)
hc 0
2 hc LB
1 1 0 .5 ch2 hRsq 0.5 L
电子设备热控制目的
组件和设备的热流密度增长趋势 为芯片级、元件级、组件级及系统级提供良好的 热环境 防止电子元器件的热失效 保证芯片级、元件级、组件级及系统级的热可靠性
电子设备热环境
环境温度和压力（或高度）的极限值及变化率 太阳或周围物体的辐射值 可利用的热沉 冷却剂种类 地面设备：周围空气温度、湿度、气压、空气流 速，周围物体形状和黑度，日光照射 机载设备：飞行高度、飞行速度、安装位置，有 无空调舱，周围空气温度、速度等
2b
)
短窄条热源 tc tc1 tc 2 tc3
其中
ma ) b sin( b t1 2 2 k ac m2 sin(md ) c b t 2 m2 2 2 k ab m 1
nd ) sin(ma ) 2 sin( c b t3 2 2 k ad m1 n1 m n[(m ) 2 (n ) 2 ] b c
kc Aa t w1 t w 2
t w1 t w 2 v 2 k1 Ac v 2 k 2 Ac
v
电子设备自然冷却设计技术
自然冷却设备的结构因素
机壳热设计 机壳表面处理 机壳通风孔面积
A0
0 7.410 5 Ht 1.5
(cm 2 )
PCB自然冷却热设计
半导体用散热器热计算
tj
Rb
Rb
tf Rf
ta
(1) 最大功耗 max
(2) t jmax
(3) R b Rs Rc
1 (4) R f hA
集成电路的热分析
离散热源产生的收缩效应
T0 Tj Tc
T0 Tc
表面温度
Tj
（1）无限大的导热介质上的圆热源 （2）有限大的导热介质上的圆热源
良好的经济性
冷却方法选择（1）
103 4 2 102 6 4 温升℃ 2 10 4 2 1 10-2
2
4
6 8
10-1
2
4 6
8 24 6 100
8
10
2
表面热流密度 W/cm2
冷却方法选择（2）
空气流速 3~15m/S
流体流速 0.3~1.5m/S
空气
介质液体 空气 介质液体 水 介质液体
自然散热
强迫对流
蒸发冷却 水 1.163 11.63 116.3 1163 11630 传热系数W/m2℃
电子设备热设计理论基础
传热学 ( 传热计算) 流体力学 ( 阻力计算) 导热
kL (t w1 t w2 )
(w)
对流
辐射
hc A(tw t f ) (w)
5.67A
电子设备热控制技术
电子设备热设计
热设计理论基础 蒸发冷却
热设计基本原理
自然冷却
热电致冷
热管传热
强迫风冷
液体冷却
热测试技术
电子设备热设计参考资料
1、《电子设备热控制与分析》 2、《电子设备结构设计原理》 3、《电子设备冷却技术》
4、《微电子设备的换热》
5、《GJB/Z27电子设备可靠性热设计》 6、《Thermal computation of Electronic Equipment》 7、《电子机器的热对策》（日文）
2a--热源宽度，2b--窄条宽度，l--窄条长度 2d—窄条热源长度，2c—短条长度
典型微电路组装图
芯片结到外壳的传热
RCC
RCU RCH RCDO
C
2.52W
t2
t1
REU RCH
RCA R AL t3
t4
REP
RCB
RCD
REU RCH REU RCH RCDO
RCDA
A
3.24W
RKO
RCOB
紊流 Re 105
强 迫 对 流 换 热 计 算
层流 R 10
e 5
0.8 N 0 . 032 R 准则方程 uf f
0.5 准则方程 Nuf 0.66Ref hc Atw t f
定性温度: t f 0.5 t 'f t 'f'
特征尺寸: 流体流动方向板或柱体的长度L
对流换热的数值计算
连续方程 能量方程 动量方程
辐射换热的基本概念
吸收率 反射率 穿透率
辐射换热的基本定律
普朗克定律
四次方定律
基尔霍夫定律 实际物体的辐射和吸收 黑体的辐射 角系数
交叉线法
F 12 交叉线之和 不交叉线之和 2 表面 1 断面的长度
有效辐射 E1 1 Er 1 ( 1) r 1
有限元素法求解步骤
（1）区域离散化 （2）写出单元的泛函表达式 （3）构造每个单元内的插值函数 （4）求泛函极值条件的代数方程表达式 （5）构成代数方程组 （6）求解代数方程组
对流换热影响因素
流体流动发生的因素
流体流动的状态 流体的物理性质 换热面的几何形状和位置
对流换热系数
hc A(tw t f )
o
r1
tf 2
r2
d2 L 2 k n d1
x
tf1
t w1
1 hc 1 A
1 hc 1A 1
t w2
1 hc 2 A
1 c 2 A2
l
tf 2
(w)
1 L l d2 2 k n d h
1
hc1
k