### 同洲电子电子热设计知识点详解 #### 一、散热基本知识 ##### 散热原理 散热原理是电子产品热设计的基础，主要包括三种热传递方式：**导热**、**对流**和**热辐射**。 - **导热**：是指热量通过物质内部微观粒子的运动来传递的方式。不同物质的导热能力各不相同，例如，金属中的自由电子能够有效地进行导热，因此金属通常具有较高的导热系数。银、铜、金和铝等金属的导热性能依次递减。对于气体而言，其导热主要是由于分子间的碰撞导致的，干空气的导热系数大约为0.03 W/(m-K)。液体中的导热则主要依靠晶格结构振动的传递。 导热过程的计算公式为：\[ Q = K \times A \times \frac{\Delta T}{\Delta L} \] - \( Q \) 表示热流量（单位：W）； - \( K \) 表示导热系数（单位：W/(m-K)）； - \( A \) 表示垂直于热流方向的横截面面积（单位：m^2）； - \( \Delta T \) 表示两端的温度差（单位：K或℃）； - \( \Delta L \) 表示两端的距离差（单位：m）。 - **对流**：指的是流体（气体或液体）与固体表面接触时发生的热传递现象。对流可以分为自然对流和强制对流两种类型。在自然对流中，热量的传递是由于温度差异引起的流体密度变化所驱动的；而在强制对流中，则是借助外力（如风扇等）来促使流体流动。通常情况下，水的对流换热系数远高于空气。对流换热的计算公式为：\[ Q = H \times A \times \Delta T \] - \( Q \) 表示热对流所带走的热量（单位：W）； - \( H \) 表示热对流换热系数值（单位：W/(m^2-K)）； - \( \Delta T \) 表示对流换热壁面的温度与经过的流体温度的温差（单位：K或℃）； - \( A \) 表示对流换热有效面积（单位：m^2）。 - **热辐射**：是一种不需要介质的热传递方式，任何物体只要存在温度都会发出热辐射。物体不断向外发射热辐射的同时也在吸收来自外界的热辐射。热辐射的计算公式为：\[ Q = \varepsilon \times A_1 \times \sigma \times (T_1^4 - T_2^4) \] - \( Q \) 表示辐射换热量（单位：W）； - \( \varepsilon \) 表示物体的发射率（习惯上称为物体的“黑度”，取值范围为0到1之间）； - \( A_1 \) 表示辐射的有效表面积（单位：m^2）； - \( \sigma \) 表示黑体辐射常数，其值为5.67×10^-8 W/(m^2-K^4)； - \( T_1 \) 表示物体有效辐射表面的温度（单位：K）； - \( T_2 \) 表示物体所在的空间温度（单位：K）。 ##### 散热模组行业应用及发展趋势 随着电子产品性能的不断提升，其发热量也随之增加，散热问题成为制约电子产品发展的重要因素之一。散热模组作为解决电子设备散热问题的关键技术，近年来得到了广泛的应用和发展。散热模组主要包括散热器、风扇、热管、液冷系统等多种形式，能够根据不同应用场景的需求灵活选择合适的散热方案。 散热模组的发展趋势主要体现在以下几个方面： - **高效化**：提高散热效率，降低能耗。 - **小型化**：满足电子产品轻薄化的市场需求。 - **智能化**：结合智能控制技术，实现自动调节散热效果。 - **环保节能**：采用新型材料和技术，减少对环境的影响。 ##### 热设计内容 热设计是指通过对电子产品的热特性进行分析和设计，以确保产品在正常工作条件下不会因过热而导致性能下降或损坏的过程。热设计的主要内容包括但不限于： - **热源识别**：确定电子产品的发热部位及其功率。 - **热分析**：采用理论计算和模拟仿真等手段对产品进行热分析，预测其热性能。 - **散热方案设计**：基于热分析结果，选择合适的散热方法和技术。 - **热测试验证**：通过实验测试验证设计方案的有效性。 ##### 热设计流程 热设计流程是一个系统性的过程，主要包括以下几个步骤： 1. **需求分析**：明确产品的使用环境和性能指标要求。 2. **热源识别与建模**：确定电子产品的发热部件及其功率大小。 3. **热分析与模拟**：利用专业软件进行热仿真分析，预测产品的热性能。 4. **散热方案设计**：根据热分析结果，设计合理的散热结构和方案。 5. **原型制作与测试**：制作样品并进行实际测试验证。 6. **优化改进**：根据测试结果进行必要的调整和优化。 7. **文档编写与发布**：编制热设计报告及相关文档。 ##### 热仿真简介 热仿真是指运用计算机软件模拟电子产品的热性能，是现代热设计的重要工具。通过热仿真可以预测电子产品的温度分布、热流路径等关键热参数，从而指导散热方案的设计和优化。热仿真的优势在于能够在产品开发早期发现问题，避免后期昂贵的修改成本。常用的热仿真软件有FLOWTHERM等。 #### 二、热设计仿真 ##### FLOWTHERM入门课程 FLOWTHERM是一款功能强大的热仿真软件，适用于各种电子设备的热设计。入门课程通常涵盖以下内容： - **软件介绍**：FLOWTHERM的基本界面和操作方法。 - **案例分析**：通过具体实例学习如何建立热仿真模型。 - **热仿真设置**：讲解如何设置边界条件、材料属性等参数。 - **结果分析**：学习如何解读仿真结果，并根据结果调整设计方案。 ##### FLOWTHERM高级课程 高级课程进一步深入FLOWTHERM的高级功能和应用技巧，包括： - **复杂模型建立**：掌握如何建立复杂几何形状的热仿真模型。 - **高级分析技巧**：学习更高级的分析方法，如瞬态分析、耦合分析等。 - **多物理场耦合**：探讨热仿真与其他物理场（如流体力学）的耦合分析。 - **高级优化技术**：介绍如何利用FLOWTHERM进行设计优化。 ##### 热仿真模型应用练习 为了加深对热仿真的理解，通常还会安排一系列应用练习，如： - **散热器设计优化**：通过仿真分析，寻找最佳散热器设计方案。 - **热管性能评估**：评估不同热管的性能特点，选择最合适的热管类型。 - **液冷系统设计**：模拟液冷系统的热性能，确保其有效散热。 ##### 热评估报告 热评估报告是对热设计过程及结果的总结性文件，主要包括以下内容： - **项目概述**：简要介绍项目的背景、目的和目标。 - **热源识别与分析**：详细记录电子产品的发热源及其功率大小。 - **热分析结果**：展示热仿真的主要结果，如温度分布图、热流路径图等。 - **散热方案设计**：提出具体的散热方案，并解释其设计思路。 - **测试验证**：提供实验测试数据，验证设计方案的有效性。 - **结论与建议**：总结热设计过程中的发现，并提出改进建议。 ### 总结 电子产品的热设计是保证其可靠性和使用寿命的重要环节。通过合理的设计和有效的热管理措施，可以显著提高电子产品的性能和竞争力。同洲电子的电子热设计培训课程涵盖了从基础理论到高级应用的全方位内容，旨在培养具备全面热设计能力的专业人才。希望以上知识点能够帮助读者更好地理解和掌握电子产品的热设计知识。

中华人民共和国国家军用标准--电子设备可靠性热设计手册

PCB性能的很多方面是在详细设计期间确定的，例如：出于时序原因而让一条走线具有特定长度。元器件之间的温度差也会影响时序问题。PCB 设计的热问题主要是在元器件（即芯片封装）选择和布局阶段“锁定”。这之后，如果发现元器件运行温度过高，只能采取补救措施。我们倡导从系统或外壳层次开始的由上至下设计方法，以便了解电子设备的热环境，这对气冷电子设备非常重要。早期设计中关于气流均匀性的假设若在后期被证明无法实现，将对产品的商业可行性带来灾难性影响，并最终失去市场机会。

电路可靠性设计讲义

随着设计规格的日益小型化，所有封装级的功率密度都会显著增加。散热对于电子设备的正常工作和长期稳定性而言至关重要，而元器件温度是否保持在规格 范围内已成为确定设计的可接受性的通用标准。散热解决方案直接增加了产品的重量、体积和成本，却不会带来任何功能上的优势。它们提供的是可靠性。如果没有 散热解决方案，大多数的电子产品在几分钟内就会出现故障。泄漏电流和随之而来的漏泄功耗随着芯片级特征尺寸的减小而增大。由于泄漏与温度相关，因此热设计 显得更加重要。工程师应如何开发具有复杂和/或高功耗电子设备的产品，在满足其他设计标准的同时，确保产品的热性能呢？ 为解答这一问题，本白皮书将为您介绍电子产品热设计中应该了解的十大事实。

可靠性热设计，广大工程师可以参考，里面也有一些热设计需要注意的地方，具体方案

华为小米等热设计辅导书：传热学：电力电子器件热管理（原版pdf）

培训上课用的基础教程[电子设备热设计

华为-热设计培训教材,包含电子设备的热设计、风道设计以及散热器选择

功率器件热设计及散热计算pdf,摘要：本文介绍了功率器件的热性能参数，并根据实际工作经验，阐述了功率器件的热设计方法和散热器的合理选择。