熱設(shè)計的有關(guān)概念
（1）熱設(shè)計
利用熱傳遞特性通過冷卻裝置控制電子設(shè)備內(nèi)部所有電子元器件的溫度，使其在設(shè)備內(nèi)所處的工作環(huán)境條件下，不超過規(guī)定的最高允許溫度的設(shè)計技術(shù)。
（2）熱評估：評估電子設(shè)備熱設(shè)計是否合理的方法和手段。
（3）熱分析
又稱熱模擬，是利用數(shù)學的手段，通過計算機模擬，在電子設(shè)備的設(shè)計階段獲得溫度分布的方法，它可以使電子設(shè)備設(shè)計人員和可靠性設(shè)計人員在設(shè)計初期就能發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的熱缺陷，從而改進其設(shè)計，為提高產(chǎn)品設(shè)計的合理性及可靠性提供有力保障。
（4）熱試驗：將電子設(shè)備置于模擬的熱環(huán)境中，測量其溫度或溫度分布。
（5） 熱流密度
單位面積的熱流量。
（6） 體積功率密度
單位體積的熱流量。
（7） 熱阻
熱量在熱流路徑上遇到的阻力（內(nèi)熱阻、外熱阻、系統(tǒng)熱阻） 。溫差越大，熱流量就越大。△T＝RQ 熱阻的單位是℃/W。
（8） 熱阻網(wǎng)絡(luò)
熱阻的串聯(lián)、并聯(lián)或混聯(lián)形成的熱流路徑圖。
（9）功耗
電子設(shè)備工作時需要電功率，因為元器件并非完全有效，因而有不少功率轉(zhuǎn)換成熱。如果找不到一條通路來散熱，溫度就會升高。最重要的熱流量是功耗。
（10） 冷板
利用單相流體強迫流動帶走熱量的一種換熱器。
（11）熱沉
是一個無限大的熱容器，其溫度不隨傳遞到它的熱能大小而變化。它可能是大地、大氣、大體積的水或宇宙等。又稱熱地。也稱“最終散熱器”。Heat Sink
2. 熱設(shè)計的方法
電子產(chǎn)品熱設(shè)計應(yīng)首先根據(jù)設(shè)備的可靠性指標及設(shè)備所處的環(huán)境條件確定熱設(shè)計目標，熱設(shè)計目標一般為設(shè)備內(nèi)部元器件允許的最高溫度，根據(jù)熱設(shè)計目標及設(shè)備的結(jié)構(gòu)、體積、重量等要求進行熱設(shè)計，主要包括冷卻方法的選擇、元器件的安裝與布局、印制電路板散熱結(jié)構(gòu)的設(shè)計和機箱散熱結(jié)構(gòu)的設(shè)計。常見的熱設(shè)計流程見圖所示。
熱設(shè)計目標的確定： 熱設(shè)計目標通常根據(jù)設(shè)備的可靠性指標與設(shè)備的工作環(huán)境條件來確定，已知設(shè)備的可靠性指標，依據(jù)GJB/ 299B－1998《電子設(shè)備可靠性預(yù)計手冊》中元器件失效率與工作溫度之間的關(guān)系，可以計算出元器件允許的最高工作溫度，此溫度即為熱設(shè)計目標。工程上為簡便計算，通常采用元器件經(jīng)降額設(shè)計后允許的最高溫度值做為熱設(shè)計目標。
工程上為簡便計算，通常采用元器件經(jīng)降額設(shè)計后允許的最高溫度值做為熱設(shè)計目標。
降額參數(shù) 降 額 等 級
Ⅰ Ⅱ Ⅲ
頻 率 0.80 0.90 0.90
輸出電流 0.80 0.90 0.90
最高結(jié)溫℃ 85 100 115
常用冷卻方法的選擇和設(shè)計要求
電子設(shè)備的冷卻方法包括自然冷卻、強迫空氣冷卻、強迫液體冷卻、蒸發(fā)冷卻、熱電致冷(半導(dǎo)體致冷)、熱管傳熱和其它冷卻方法（如導(dǎo)熱模塊、冷板技術(shù)等）。其中自然冷卻、強迫空氣冷卻、強迫液體冷卻和蒸發(fā)冷卻是常用的冷卻方法。
冷卻方法的選擇示例
功耗為300W的電子組件，擬將其安裝在一個248mm×381mm×432mm的機柜里，放在正常室溫的空氣中，是否需要對此機柜進行特殊的冷卻措施？是否可以把此機柜設(shè)計得再小一些？
首先計算該機柜的體積功率密度和熱流密度。
由于體積功率密度很小，而熱流密度值與自然空氣冷卻的最大熱流密度比較接近，所以不需要采取特殊的冷卻方法，而依靠空氣自然對流冷卻就足夠了。
3.機箱自然對流熱設(shè)計
影響自然對流冷卻的因素：
印制板的間距
電子元件耗散功率
自然對流換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)
機箱表面和環(huán)境空氣之間的溫差
機箱表面積
自然對流冷卻設(shè)計要求
最大限度的利用導(dǎo)熱、自然對流和輻射散熱；
縮短傳熱路徑，增大換熱或?qū)崦娣e；
減小安裝時的接觸熱阻，元器件的排列有利于流體的對流換熱
采用散熱印制電路板，熱阻小的邊緣導(dǎo)軌；
印制板組裝件之間的距離控制在19-21mm；
增大機箱表面黑度，增強輻射換熱。
4. 強迫對流熱設(shè)計
4-1 強迫風冷設(shè)備，著重考慮兩個問題
風機的選用
風機的形式
風量與風壓的估算
風機的串并聯(lián)應(yīng)用
風機的安裝技術(shù)
風道的設(shè)計
低氣流阻力設(shè)計
均壓送風設(shè)計
風機的性能參數(shù)
風量 風壓 功率 效率
風機的選擇 結(jié)構(gòu)類型
風機的分類
軸流式：風量大、風壓小
離心式：風量小、風壓高
離心式風機：氣流從軸向流進，然后在葉輪內(nèi)轉(zhuǎn)90度作徑向流動，再經(jīng)蝸殼排出。
軸流式風機：氣流的進、出方向與軸向一致。
風機的性能
軸流風機：簡單、廉價、流量大、壓頭小、噪音大；
離心風機：復(fù)雜、價貴、壓頭高、噪音小。
空氣流過機箱時的壓力損失計算
壓力損失（也稱壓降）包括兩部分：
靜壓損失：流體流經(jīng)管道壁面時引起的摩擦損失；
動壓損失：流體進出口以及流經(jīng)彎頭、槽道橫截面變化、過濾器等處引起的動力損失。
風機的串并聯(lián)特性
風機串聯(lián)工作時每臺風機的風量一樣，風壓為兩臺風機所產(chǎn)生的風壓之和。
風機并聯(lián)工作時每臺風機的風壓不變，風量為兩臺風機所產(chǎn)生的風量之和。 P31 圖
風機布置位置的選擇 箱體進口：有利于清除塵埃與贓物，增加氣流的擾動，
但使氣流進口溫度提高；
直接冷卻設(shè)計的參考原則
風機的容量選擇要適當；
如果馬達引起的空氣溫升可以接受，應(yīng)將風機置于箱體
的進口處；
空氣出口通道的位置與大小適當，以使整個箱體都有合
適的氣流流過；出口截面積至少等于進口截面積，以防止氣
流阻塞(chocking);
關(guān)鍵元件置于進口氣流溫度低處；大功率元件置于箱體
出口（圖6-10）；
合理地布置組件及印制板以盡力減小箱體對空氣的流動
阻力：例如減少不必要的尖角、彎頭、突擴或突縮；不使局
部地區(qū)流速過高（ > 7m/s）或過低（會使傳熱惡化，塵埃沉積）
強迫風冷設(shè)計注意事項
用于冷卻設(shè)備內(nèi)部元器件的空氣必須經(jīng)過過濾；
強迫空氣流動方向與自然對流空氣流動方向應(yīng)一致；
入口空氣溫度與出口空氣溫度之溫差一般不超過14℃；
冷卻空氣入口與出口位置應(yīng)遠離；
應(yīng)避免潮濕空氣與元器件直接接觸，
可采用空芯印制電路板或采用風冷冷板冷卻的機箱；
盡量減小氣流噪聲和通風機的噪聲；
大型機柜強迫風冷時，應(yīng)盡量避免機柜縫隙漏風；
電子設(shè)備強迫空氣冷卻應(yīng)考慮高度對空氣密度的影響；
電子設(shè)備冷卻空氣的溫度不應(yīng)低于露點溫度。
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