馮睿 吳超延 趙親成

【摘 要】熱設(shè)計在電子設(shè)備設(shè)計中具有重要作用，散熱效果的好壞直接影響設(shè)備的性能指標和使用壽命。如何提高產(chǎn)品的散熱性能成為迫切需要解決的問題。本文就熱量傳遞方式、冷卻方式的選擇以及電子設(shè)備熱設(shè)計方法等方面進行了簡要概述。

【關(guān)鍵詞】熱設(shè)計；熱量傳遞；散熱 0.引言

現(xiàn)代電子設(shè)備結(jié)構(gòu)越來越小，性能要求越來越高，不但支持多任務(wù)功能，而且具有更好的便攜功能，由此會產(chǎn)生更多的系統(tǒng)熱量，更大的熱流密度。大量的系統(tǒng)熱量在設(shè)備中聚集，會嚴重影響設(shè)備的性能指標及使用壽命。在電子產(chǎn)品中，高溫對電子產(chǎn)品的影響包括，絕緣性能退化，元器件損壞，材料的熱老化，低熔點焊縫開裂及焊點脫落，從而導致整個產(chǎn)品的性能下降以至完全失效。因此在許多現(xiàn)代化產(chǎn)品的設(shè)計，特別是可靠性設(shè)計中，熱設(shè)計已占有越來越重要的地位。

1.熱設(shè)計概述

1.1 熱設(shè)計概述

熱設(shè)計是整個系統(tǒng)設(shè)計的一部分，它往往與結(jié)構(gòu)設(shè)計、內(nèi)部布局、電磁兼容要求等設(shè)計耦合在一起，必須綜合考慮才能使整個產(chǎn)品達到優(yōu)異的性能。根據(jù)相關(guān)標準和規(guī)范，通過對產(chǎn)品各組成部分的熱分析，確定所需散熱措施，以調(diào)節(jié)所有機械部件、電子器件和其它一切與熱有關(guān)的零部件的溫度，使其本身及其所處的工作環(huán)境的溫度都不超過標準和規(guī)范所規(guī)定的溫度范圍。對于電子產(chǎn)品，最高和最低允許溫度的計算應以元器件的耐熱性能和應力分析為基礎(chǔ)，并且與產(chǎn)品的可靠性要求以及分配給每一個元器件的失效率相一致。通過熱設(shè)計在滿足性能要求的前提下盡可能減少設(shè)備內(nèi)部產(chǎn)生的熱量，減少熱阻，選擇合理的冷卻方式，保證設(shè)備在散熱方面的可靠性。

1.2 熱量傳遞方式

熱量傳遞有三種方式：傳導、對流和輻射。傳導：兩個良好接觸的物體之間的能量交換或一個物體內(nèi)由于溫度梯度引起的內(nèi)部能量交換。對流：流動的流體（氣體或液體）與固體表面接觸，造成流體從固體表面將熱帶走的熱傳遞方式。根據(jù)引起流動的原因可以分為自然對流和強制對流。輻射：物體通過電磁波來傳遞熱量的方式稱為熱輻射。熱輻射不需要依賴介質(zhì)傳遞，任何物體都存在熱輻射，物體不斷的向空間發(fā)出熱輻射，也不斷的吸收其他物體的熱輻射。

2.電子設(shè)備熱設(shè)計方法

2.1冷卻方式的選擇

熱設(shè)計的核心是，在熱源至熱沉之間提供一條低熱阻通道。根據(jù)熱量的三種傳遞方式，散熱方式有傳導散熱、對流散熱和輻射散熱。其中，對流散熱又分為自然對流和強制對流。在電子設(shè)備熱設(shè)計中，通常根據(jù)電子設(shè)備熱流密度〔表面熱功率系數(shù)和體積發(fā)熱功率系數(shù)〕進行估算，來確定冷卻方法。

（1）當電子設(shè)備的熱流密度小于0.08w/cm2，體積功率功率密度不超過0.18w/cm3時，一般采用自然對流冷卻。

（2）當電子設(shè)備的熱流密度超過0.08w/cm2，體積功率密度超過0.18w/cm3時，需要外加動力進行強迫空氣冷卻或其它冷卻方法。

2.2自然對流散熱

首先，要合理布局元器件；在布置元器件時，應將熱敏元器件放在靠近進風口的位置，而且位于功率大、發(fā)熱量大的元器件的上游，盡量遠離高溫組件，以避免輻射的影響；將本身發(fā)熱而又耐熱的組件放在靠近出風口的位置或頂部；大功率的元器件盡量分散布局，避免熱源集中；不同大小尺寸的元器件盡量均勻排列，使風阻均布，風量分布均勻。其次，要盡量減少接觸熱阻；可以通過在接觸表面涂一層導熱脂（膏），加一薄紫銅片或延展好的高導熱系數(shù)材料，提高界面間的接觸壓力，或提高接觸面的光潔度來減少接觸熱阻。再次，必要時使用散熱器散熱。對于個別熱流密度較高的元器件，如果自然對流時溫升過高，可以使用散熱器以增加散熱表面。

2.3強迫對流散熱

當自然對流方式散熱不能滿足設(shè)計要求時，就必須采用強迫對流的方式散熱。強迫對流的最簡單方式是強迫風冷，即使用風機進行散熱，采用風機冷卻可以將散熱器和機箱的體積減小許多。風機冷卻又可分為抽風和吹風兩種方式。吹風時風機出口附近氣流主要為紊流流動，局部換熱強烈，宜用于發(fā)熱器件比較集中的情況，必須將風機的主要出風口對準集中的發(fā)熱組件，吹風有一定方向性，對整個系統(tǒng)的送風量會不均勻；抽風送風均勻，適用于發(fā)熱器件分布比較均勻，風道比較復雜的情況。風機的選擇要與風道的設(shè)計相匹配，同時還要考慮風扇的噪音等因素。軸流風扇在大風量，低風壓的區(qū)域噪音最小，而離心風機在高風壓，低風量的區(qū)域噪音最小，要避免風扇工作在高噪音區(qū)。對于內(nèi)部空間較小，或由于其它原因而不能采用風冷的情況，如果有可能，還可以使用其它流體進行冷卻，如水冷或其它介質(zhì)。

3.結(jié)束語

綜上所述，對于電子設(shè)備熱設(shè)計，設(shè)計人員通過分析整個系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量多少，來確定系統(tǒng)的散熱方式，在自然散熱不能滿足散熱要求時，要采用強制散熱方式，以達到設(shè)備的散熱效果最佳。

【參考文獻】

[1]趙惇殳編著.電子設(shè)備熱控制技術(shù).西安：西安電子科技大學出版社.

[2]電子設(shè)備可靠性熱設(shè)計手冊GJB/Z 27-92.北京：國防科工委軍標發(fā)行部出版.