电子产品散热设计.docx

YEALINK 产品热设计 VCS项目散热预研 欧国彦 2012-12-4 热设计、冷却方式、散热器、热管技术 电子产品的散热设计 一、 为什么要进行 散热设计 在调试或维修电路的时候，我们常提到一个词 “*烧*了 ”，这个 **有时是电阻、有时是保 险丝、有时是芯片，可能很少有人会追究这个词的用法，为什么不是用 ”而是用 ”？其 原因就是在机电产品中， 热失效是最常见的一种失效模式， 电流过载， 局部空间内短时间内 通过较大的电流，会转化成热，热 ** 不易散掉，导致局部温度快速升高，过高的温度会烧毁 导电铜皮、导线和器件本身。所以电失效的很大一部分是热失效。 高温对电子产品的影响 ： 绝缘性能退化； 元器件损坏； 材料的热老化； 低熔点焊缝开裂、 焊点脱落。 温度对元器件的影响 ： 一般而言， 温度升高电阻阻值降低； 高温会降低电容器的使用寿 命；高温会使变压器、扼流圈绝缘材料的性能下降， 于 95C；温度过高还会造成焊点合金结构的变化— 温的升高会使晶体管的电流放大倍数迅速增加， 最终导致元件失效。 一般变压器、扼流圈的允许温度要低 IMC 增厚，焊点变脆，机械强度降低；结 导致集电极电流增加， 又使结温进一步升高， 那么问一个问题， 如果假设电流过载严重， 但该部位散热极好， 能把温升控制在很低的 范围内，是不是器件就不会失效了呢？答案为“是”。 由此可见， 如果想把产品的可靠性做高， 一方面使设备和零部件的耐高温特性提高， 能 承受较大的热应力（因为环境温度或过载等引起均可）； 和过载引起的热量全部散掉，产品可靠性一样可以提高。 二、 散热设计的目的 控制产品内部所有电子元器件的温度，使其在所处的 另一方面是加强散热，使环境温度 工作环境条件下不超过标准及规 范所规定的最高温度。最高允许温度的计算应以元器件的应力分析为基础 , 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。 三、 散热设计的方法 1、冷却方式的选择 我们机电设备常见的是散热方式是散热片和风扇两种散热方式，有时散热的程度不够， 有时又过度散热了， 那么何时应该散热， 哪种方式散热最合适呢？这可以依据热流密度来评 估，热流密度 =热量 / 热通道面积。 按照《 GJB/Z27-92 电子设备可靠性热设计手册》的规定（如下图 1），根据可接受的 温升的要求和计算出的热流密度，得出可接受的散热方法。如温升 40℃（纵轴），热流密 度 0.04W/cm2 （横轴），按下图找到交叉点，落在自然冷却区内，得出自然对流和辐射即可 满足设计要求。 2 / 44 大部分散热设计适用于上面这个图表， 因为基本上散热都是通过面散热。 但对于密封设 备，则应该用体积功率密度来估算，热功率密度 =热量 / 体积。下图（图 2）是温升要求不 超过 40℃时，不同体积功率密度所对应的散热方式。比如某电源调整芯片，热耗为 0.01W， 体积为 0.125cm3 ，体积功率密度 =0.1/0.125=0.08W/cm3 ，查下图得出金属传导冷却可满足 要求 3 / 44 按照上图， 可以得出冷却方法的选择顺序： 自然冷却一导热一强迫风冷一液冷一蒸发冷 却。体积功率密度低于 0.122W/cm3 传导、辐射、 自然对流等方法冷却； 0.122-0.43W/cm3 强迫风冷； 0.43 ～ O.6W/cm3 液冷；大于 0.6W/cm3 蒸发冷却。注意这是温升要求 40℃时 的推荐参考值，如果温升要求低于 40 ℃，就需要对散热方式降额使用， 0.122 时就需要选 择强迫风冷，如果要求温升很低，甚至要选择液冷或蒸发冷却了。 2、散热器的选择 这里面还应注意一个问题， 是不是强迫风冷能满足散热要求， 我们就可以随便选择风扇 转速呢，当然不是，风扇的转速与气流流速有直接关系，这里又涉及一个新概念 —— 热阻。 热阻 =温度差 / 热耗（单位℃ /W ） 热阻越小