电子设备的热设计技术.pdf

电子设备的热设计技术 摘 要：本文主要介绍了电子设备热设计的一些方法，深入分析并提出电子设备热设计的一些建议。 关键词：热设计；自然冷却，强迫风冷、液体冷却、相变冷却 Heat-designing of Electronic Equipments Abstract: This article introduces the heat-designing methods of the electronic equipments with application to engineering ,presents analyses and suggestions of heat- designing with many electronic equipments. Key:Heat-designing，natural cooling，forced air cooling ，liquid cooling，phase cooling 引 言 随着电子技术的发展，电子设备和系统的热设计与控制已成为电子行业的的热点之一，随着国内外 各相关标准的强制性执行和市场的国际化进程，热设计与控制将是硬件工程师必须掌握的基本技术之一。 掌握热设计技术和电子设备热问题的解决方法，对于提高电子设备的热可靠性具有重要的实用价值。 现代电子设备正日益成为高度集成系统，电子元器件的寿命与其工作温度具有直接的关系，热设计 处理不当是导致现代电子设备失效的重要原因。电子设备工作过程中,.对系统进行合理的热设计,必将大大 提高电子设备或系统的可靠性. 统计资料表明电子元器件温度每升高 2 度，可靠性下降 10 %；温升 50 度时的寿命只有温升 25 度时 的 1/6。电子设备的失效有 55%是温度超过规定的值引起的，随着温度的增加，电子设备的失效率呈指数 增长趋热。温度是影响设备可靠性最重要的因素。 产品的热设计是一个系统性的工程，它指导并贯穿整个产品的设计工作。电子设备热设计的基本任 务是：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。 一、热设计的原则和目的 1.1 电子设备热设计的原则： 热设计必须与电气设计与机械设计同步进行，相互兼顾。系统分析、计算与模拟实验相结合，设计的热 控制系统，应符合关规范、标准、指导性文件。 1.2 电子设备热设计的目的 要为芯片级、元件级、组件级和系统级提供良好的热环境，保证它们在规定的热环境下，能按预定的方案 正常、可靠的工作。防止电子元器件失效是热控制的主要目的。 二、热设计的基本流程 1）首先明确设计条件，如设备的功耗、发热量、容许温升、设备放置的环境条件等； 2 ）决定设备的冷却方式，并检查是否满足原始条件； 3 ）分别对元件、线路、印制电路板和机箱进行热设计； 4 ）按热设计检查表进行检查，确定是否满足设计要求。 对于热设计工程师来说，首先应该了解该产品的使用环境、使用要求、基本结构及总功耗等，然后根 据这些信息，确定该产品采用何种冷却方式。 三、电子设备常用冷却方式 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、电子设备的允许热量、设备的组装方式、设备用途、使用环境条件(如 海拔高度、气温等) 以及经济性等。通常主要考虑电子设备的热耗散密度。 第 1 页 共 5 页 电子设备的冷却方式主要分为 3 类形式：自然冷却散热和强迫风冷、液体冷却。根据具体情况,选择适 当的冷却方式是热设计的重要方面。 冷却方式热耗散密度 对比表 冷却方式 热耗散密度 自然冷却 0.122W/cm3 强迫风冷 (必要时加散热片) 0.6~0.7W/cm3 液体冷却 0.6~0.7W/cm3 相变冷却 1.22W/cm3 大多数方案都是根据具体情况确定的，可能是一种，也可能是几种冷却方式相互配合使用。一般所遵 循的选择顺序是：自然冷却→强迫风冷→液体冷