文档介绍：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“坏”而是用“烧”?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,一般变压器、扼流圈的允许温度要低于95C;温度过高还会造成焊点合金结构的变化—IMC增厚,焊点变脆,机械强度降低;结温的升高会使晶体管的电流放大倍数迅速增加,导致集电极电流增加,又使结温进一步升高,最终导致元件失效。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);另一方面是加强散热,使环境温度和过载引起的热量全部散掉,产品可靠性一样可以提高。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。散热设计的方法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),(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。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,,,体积功率密度==,查下图得出金属传导冷却可满足要求按照上图,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。、辐射、自然对流等方法冷却;-;~;。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,,如果要求温升很低,甚至要选择液冷或蒸发冷却了。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)热阻越小则导热性能越好,这个概念等同于电阻,两端的温度差类似于电压,传导的热量类似于电流。风道的热阻涉及流体力学的一些计算,如果我们在热设计方面要求不是很苛刻,可通过估算或实验得出,如果要求很苛刻,可以查阅《GJB/Z27-92电子设备可靠性热设计手册》,里面有很多系数、假设条件的组合,三言两语说不清楚,个别系数我也没搞明白如何与现实的风道设计结合,比如,风道中有一束电缆、风道的壁不是均匀的金属板,而是有高低不平带器件的电路板,对一些系数则只能估算了,最准确的方式反而是实验测量了。热阻更多的是用于散热器的选择,一般厂家都能提供这个参数。举例,芯片功耗20W,芯片表面不能超过85℃,最高环境温度55℃,计算所需散热器的热阻R。计算:℃/W,则(R+)=(85-55)℃/20W,则R=℃/W。依据这个数值选散热器就可以了。这里面注意一个问题,我们在计算中默认为热耗≈芯片功率,对一般的芯片,我们都可以这样估算,因为芯片中没有驱动机构,没有其他的能量转换机会,大部分是通过热量转化掉了。而对于电源转换类芯片或模块,则不可以这样算,比如电源,它是一个能源输出,它的输入电量一部分转化成了热,另外很大部分转