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。热辐射不需要依赖介质传递，任何物体都存在热辐射，物体不断的向空间发出热辐射，也不断的吸收其他物体的热辐射。

2.电子设备热设计方法

2.1冷却方式的选择

热设计的核心是，在热源至热沉之间提供一条低热阻通道。根据热量的三种传递方式，散热方式有传导散热、对流散热和辐射散热。其中，对流散热又分为自然对流和强制对流。在电子设备热设计中，通常根据电子设备热流密度〔表面热功率系数和体积发热功率系数〕进行估算，来确定冷却方法。

（1）当电子设备的热流密度小于0.08w/cm2，体积功率功率密度不超过0.18w/cm3时，一般采用自然对流冷却。

（2）当电子设备的热流密度超过0.08w/cm2，体积功率密度超过0.18w/cm3时，需要外加动力进行强迫空气冷却或其它冷却方法。

2.2自然对流散热

首先，要合理布局元器件；在布置元器件时，应将热敏元器件放在靠近进风口的位置，而且位于功率大、发热量大的元器件的上游，尽量远离高温组件，以避免辐射的影响；将本身发热而又耐热的组件放在靠近出风口的位置或顶部；大功率的元器件尽量分散布局，避免热源集中；不同大小尺寸的元器件尽量均匀排列，使风阻均布，风量分布均匀。其次，要尽量减少接触热阻；可以通过在接触表面涂一层导热脂（膏），加一薄紫铜片或延展好的高导热系数材料，提高界面间的接触压力，或提高接触面的光洁度来减少接触热阻。再次，必要时使用散热器散热。对于个别热流密度较高的元器件，如果自然对流时温升过高，可以使用散热器以增加散热表面。

2.3强迫对流散热

当自然对流方式散热不能满足设计要求时，就必须采用强迫对流的方式散热。强迫对流的最简单方式是强迫风冷，即使用风机进行散热，采用风机冷却可以将散热器和机箱的体积减小许多。风机冷却又可分为抽风和吹风两种方式。吹风时风机出口附近气流主要为紊流流动，局部换热强烈，宜用于发热器件比较集中的情况，必须将风机的主要出风口对准集中的发热组件，吹风有一定方向性，对整个系统的送风量会不均匀；抽风送风均匀，适用于发热器件分布比较均匀，风道比较复杂的情况。风机的选择要与风道的设计相匹配，同时还要考虑风扇的噪音等因素。轴流风扇在大风量，低风压的区域噪音最小，而离心风机在高风压，低风量的区域噪音最小，要避免风扇工作在高噪音区。对于内部空间较小，或由于其它原因而不能采用风冷的情况，如果有可能，还可以使用其它流体进行冷却，如水冷或其它介质。

3.结束语

综上所述，对于电子设备热设计，设计人员通过分析整个系统产生的热量多少，来确定系统的散热方式，在自然散热不能满足散热要求时，要采用强制散热方式，以达到设备的散热效果最佳。

【参考文献】

[1]赵惇殳编著.电子设备热控制技术.西安：西安电子科技大学出版社.

[2]电子设备可靠性热设计手册GJB/Z 27-92.北京：国防科工委军标发行部出版.