第2講 熱設(shè)計(jì)的基本知識(shí)

1、 熱設(shè)計(jì)的基本(jbn)原則 熱設(shè)計(jì)的方法 電子設(shè)備的熱環(huán)境 元器件的熱設(shè)計(jì) 印制電路板的熱設(shè)計(jì) 機(jī)箱的熱設(shè)計(jì)第二(d r)講 熱設(shè)計(jì)的基本知識(shí)1共六十六頁(yè) 目的： 為芯片級(jí)、元件級(jí)、組件級(jí)和系統(tǒng)級(jí)提供良好的熱環(huán)境，保證它們(t men)在規(guī)定的熱環(huán)境下，能按預(yù)定的參數(shù)正常、可靠的工作。 熱控制是防止熱失效的有效手段。熱失效是指電子元器件直接由于熱的原因而導(dǎo)致完全失去其電氣功能的一種失效形式。嚴(yán)重的失效，在某種程度上取決于局部溫度場(chǎng)，電子元器件的工作過(guò)程和形式，正確的確定熱失效的溫度及其重要。 目標(biāo)： 電子元器件最高允許溫度和最大功耗。電子設(shè)備熱設(shè)計(jì)(shj)的基本知識(shí)2共六十六頁(yè)電子設(shè)備的熱

2、環(huán)境(hunjng) 設(shè)備或元器件周?chē)黧w的種類(lèi)、溫度、壓力及速度，表面溫度、外形及黑度，每個(gè)元器件周?chē)膫鳠嵬?。電子設(shè)備的換熱受環(huán)境條件的影響較大。（1）材料的導(dǎo)熱系數(shù)等熱性能取決于環(huán)境溫度。（2）野外工作的電子設(shè)備受到太陽(yáng)的輻射(fsh)作用，這種作用增加了冷卻系統(tǒng)的負(fù)載。 (3）自然對(duì)流的換熱量隨空氣密度的降低而降低，隨溫升的增加而增加，隨重力加速度的降低而降低，在零重力場(chǎng)中，自然對(duì)流不起作用。（4）太陽(yáng)輻射或高溫設(shè)備（如核反應(yīng)堆）的熱輻射是一個(gè)及其嚴(yán)重的環(huán)境因素。電子設(shè)備在這種環(huán)境中工作時(shí)，必須采取輻射屏蔽的方法。3共六十六頁(yè) 各類(lèi)電子設(shè)備使用場(chǎng)所的熱環(huán)境的可變性是熱控制的一個(gè)必須考

3、慮的因素。 （1）環(huán)境溫度和壓力的極限值； （2）環(huán)境溫度和壓力的變化率； （3）太陽(yáng)或周?chē)矬w的輻射熱； （4）可利用(lyng)的熱沉（包括：種類(lèi)、溫度、壓力和濕度）； （5）冷卻劑的種類(lèi)；溫度、壓力和允許壓降。電子設(shè)備的熱環(huán)境(hunjng)4共六十六頁(yè)電子設(shè)備的熱環(huán)境(hunjng)各種機(jī)載應(yīng)用的典型熱環(huán)境(hunjng)要求5共六十六頁(yè)電子設(shè)備的熱環(huán)境(hunjng)各種( zhn)地面應(yīng)用的典型熱環(huán)境6共六十六頁(yè)電子設(shè)備熱設(shè)計(jì)必須考慮熱環(huán)境(hunjng)的影響地面用電子設(shè)備：（1）野外作戰(zhàn)用的電子設(shè)備必須裝在抗惡劣環(huán)境(hunjng)條件的外殼內(nèi)。將熱量傳至熱沉，能限制和引導(dǎo)上升

4、氣流并具有能遮雨、雪、沙塵的百葉窗等。（2）保證內(nèi)部熱流不會(huì)使這些表面的溫度上升到人所不能忍受的程度。艦船用電子設(shè)備： 主要熱設(shè)計(jì)方法為：船艙通風(fēng)或空調(diào)。 要考慮海水環(huán)境的污染和腐蝕問(wèn)題。 裝在露天甲板及桅桿上的設(shè)備，應(yīng)加裝防水外殼，其外表面由自然對(duì)流冷卻。需要低熱阻的傳導(dǎo)熱通路。應(yīng)著重考慮外部空氣的極限溫度以及由太陽(yáng)輻射產(chǎn)生的熱輸入問(wèn)題。 裝在吃水線以下的電子設(shè)備可以利用與海水的熱交換進(jìn)行冷卻。7共六十六頁(yè)熱設(shè)計(jì)(shj)必須考慮熱環(huán)境的影響機(jī)載電子設(shè)備 承受各種環(huán)境條件，高低溫、低氣壓、振動(dòng)、沖擊、太陽(yáng)輻射等。 對(duì)于體積功率密度較小時(shí)，可采用自然冷卻的方法。結(jié)構(gòu)支撐件很少，一般不作為導(dǎo)熱的

5、主要方式。熱管傳熱是值得推廣的方法。宇航及導(dǎo)彈用電子設(shè)備 熱環(huán)境包括：太陽(yáng)輻射、高加速度、零重力、零空氣壓力、背陽(yáng)一側(cè)的極冷、飛船蒙皮短暫的高溫等。 該類(lèi)設(shè)備要盡量減輕重量(zhngling)，結(jié)構(gòu)件要緊固還應(yīng)起到導(dǎo)熱作用，傳導(dǎo)是最好的導(dǎo)熱方式。熱管也是較好的方法，但應(yīng)注意重力變化對(duì)熱管的影響。8共六十六頁(yè)熱設(shè)計(jì)(shj)的基本原則(1) 應(yīng)通過(guò)控制散熱量的大小來(lái)控制溫升；(2) 選擇合理的熱傳遞(chund)方式（傳導(dǎo)、對(duì)流、輻射）；(3) 傳導(dǎo)冷卻可以解決許多熱設(shè)計(jì)問(wèn)題，對(duì)于中等發(fā)熱的設(shè)備，采用對(duì)流冷卻往往合適，輻射傳熱是空間電子產(chǎn)品的主要傳熱方式。(4) 盡量減小各種熱阻，控制元器件的溫

6、度；(5) 采用的冷卻系統(tǒng)應(yīng)該簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)，并適用于電子設(shè)備所在的環(huán)境條件的要求;(6) 應(yīng)考慮尺寸和重量、耗熱量、經(jīng)濟(jì)性、與失效率對(duì)應(yīng)的元器件最高允許溫度、電路布局、設(shè)備的復(fù)雜程度等因素；(7) 應(yīng)與電氣及機(jī)械設(shè)計(jì)同時(shí)進(jìn)行；(8) 不得有損于電性能。最佳熱設(shè)計(jì)與最佳電設(shè)計(jì)有矛盾時(shí)，應(yīng)采用折中的解決方法；(9) 應(yīng)盡量減小熱設(shè)計(jì)中的誤差。9共六十六頁(yè) 電子產(chǎn)品熱設(shè)計(jì)應(yīng)首先根據(jù)設(shè)備的可靠性指標(biāo)及設(shè)備所處的環(huán)境條件確定熱設(shè)計(jì)目標(biāo)，熱設(shè)計(jì)目標(biāo)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(jì)目標(biāo)及設(shè)備的結(jié)構(gòu)、體積、重量等要求進(jìn)行熱設(shè)計(jì)，主要包括冷卻方法(fngf)的選擇、元器件的安裝與布局、印制電路板散熱結(jié)

7、構(gòu)的設(shè)計(jì)和機(jī)箱散熱結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。常見(jiàn)的熱設(shè)計(jì)流程見(jiàn)圖所示。熱設(shè)計(jì)(shj)的方法10共六十六頁(yè)熱設(shè)計(jì)(shj)流程11共六十六頁(yè) 熱設(shè)計(jì)目標(biāo)通常(tngchng)根據(jù)設(shè)備的可靠性指標(biāo)與設(shè)備的工作環(huán)境條件來(lái)確定，已知設(shè)備的可靠性指標(biāo)，依據(jù)GJB/ 299B1998電子設(shè)備可靠性預(yù)計(jì)手冊(cè)中元器件失效率與工作溫度之間的關(guān)系，可以計(jì)算出元器件允許的最高工作溫度，此溫度即為熱設(shè)計(jì)目標(biāo)。工程上為簡(jiǎn)便計(jì)算，通常(tngchng)采用元器件經(jīng)降額設(shè)計(jì)后允許的最高溫度值做為熱設(shè)計(jì)目標(biāo)。熱設(shè)計(jì)(shj)目標(biāo)的確定12共六十六頁(yè)常用冷卻方法的選擇及設(shè)計(jì)(shj)要求 電子設(shè)備的冷卻方法包括自然(zrn)冷卻、強(qiáng)迫空氣

8、冷卻、強(qiáng)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TCM技術(shù)、冷板技術(shù)，靜電致冷等）。其中自然(zrn)冷卻、強(qiáng)迫空氣冷卻、強(qiáng)迫液體冷卻和蒸發(fā)冷卻是常用的冷卻方法。 13共六十六頁(yè)冷卻(lngqu)方法的確定14共六十六頁(yè)冷卻方法熱流密度（W/cm2）自然對(duì)流0.08強(qiáng)迫風(fēng)冷0.3空氣冷卻板1.6液體對(duì)流冷卻0. 5液體冷卻板160蒸發(fā)冷卻770冷卻方法(fngf)的熱流密度15共六十六頁(yè)冷卻(lngqu)方法的體積功率密度常用冷卻方法的優(yōu)選順序：自然散熱、強(qiáng)迫風(fēng)冷、液體(yt)冷卻、蒸發(fā)冷卻 16共六十六頁(yè) 功耗為300W的電子組件，擬將其安裝在一個(gè)24

9、8mm381mm432mm的機(jī)柜里，放在正常室溫(sh wn)的空氣中，是否需要對(duì)此機(jī)柜進(jìn)行特殊的冷卻措施？是否可以把此機(jī)柜設(shè)計(jì)得再小一些？ 首先計(jì)算該機(jī)柜的體積功率密度和熱流密度。冷卻方法的選擇(xunz)示例體積功率密度：熱流密度： 17共六十六頁(yè) 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(duì)流冷卻就足夠了。 若采用強(qiáng)迫(qing p)風(fēng)冷，熱流密度為3000W/m2，因此，采用風(fēng)冷時(shí)，可以把機(jī)柜表面積減小到0.1m2(自然冷卻所需的表面積為0.75m2)。冷卻方法(fngf)的選擇示例18共六十六頁(yè)常用(chn y

10、n)冷卻方法的設(shè)計(jì)要求自然對(duì)流： 最大限度的利用導(dǎo)熱、自然對(duì)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(shí)的接觸(jich)熱阻，元器件的排列有利于流體的對(duì)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(jī)箱表面黑度，增強(qiáng)輻射換熱。19共六十六頁(yè)常用冷卻方法(fngf)的設(shè)計(jì)要求強(qiáng)迫空氣冷卻： 用于冷卻設(shè)備內(nèi)部元器件的空氣必須經(jīng)過(guò)過(guò)濾； 強(qiáng)迫空氣流動(dòng)方向與自然對(duì)流空氣流動(dòng)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(guò)14； 冷卻空氣入口與出口位置應(yīng)遠(yuǎn)離； 通風(fēng)孔盡量不開(kāi)在機(jī)箱的頂部； 應(yīng)避免潮濕(chosh)空氣與元器

11、件直接接觸， 可采用空芯印制電路板或采用風(fēng)冷冷板冷卻的機(jī)箱； 盡量減小氣流噪聲和通風(fēng)機(jī)的噪聲； 大型機(jī)柜強(qiáng)迫風(fēng)冷時(shí)，應(yīng)盡量避免機(jī)柜縫隙漏風(fēng)； 機(jī)載電子設(shè)備強(qiáng)迫空氣冷卻應(yīng)考慮飛行高度對(duì)空氣密度的影響； 艦船電子設(shè)備冷卻空氣的溫度不應(yīng)低于露點(diǎn)溫度。 20共六十六頁(yè)常用冷卻方法(fngf)的設(shè)計(jì)要求強(qiáng)迫液體冷卻： 冷卻劑優(yōu)先選用蒸餾水，對(duì)有特殊要求的應(yīng)選用去離子水； 確保冷卻劑在最高工作溫度時(shí)不沸騰，在最低工作溫度時(shí)不結(jié)冰； 應(yīng)考慮冷卻劑的熱膨脹，機(jī)箱應(yīng)能承受一定的壓力； 直接液體冷卻的冷卻劑與電子元器件應(yīng)相容； 應(yīng)配置溫度、壓力（或流量(liling)）控制保護(hù)裝置，并裝有冷卻劑過(guò)濾裝置； 為提高

12、對(duì)流換熱程度，可在設(shè)備的適當(dāng)位置裝紊流器。21共六十六頁(yè)常用冷卻方法(fngf)的設(shè)計(jì)要求蒸發(fā)冷卻： 保證沸騰過(guò)程處于核態(tài)沸騰； 冷卻劑的沸點(diǎn)溫度低于設(shè)備中發(fā)熱元器件的最低允許工作溫度； 直接蒸發(fā)冷卻時(shí)，電子元器件的安裝應(yīng)保證有足夠的空間， 以利于氣泡的形成和運(yùn)動(dòng)(yndng)； 冷卻液應(yīng)粘度小、密度高、體積膨脹系數(shù)大、導(dǎo)熱性能好，且具有足夠的絕緣性能； 封閉式蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)應(yīng)有冷凝器，其二次冷卻可用風(fēng)冷或液冷；冷卻系統(tǒng)應(yīng)易于維修。 22共六十六頁(yè) 熱設(shè)計(jì)(shj)的一般程序（1）熟悉和掌握與熱設(shè)計(jì)有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范及其它有關(guān)文件，確定元器件的散熱面積、散熱器或冷卻劑的最高和最低環(huán)境溫度范圍。（2

13、）確定可以利用的冷卻技術(shù)。（3）對(duì)關(guān)鍵(gunjin)電子元器件進(jìn)行熱應(yīng)力分析，確定發(fā)熱元器件的功耗，確定其允許的最高溫度；（4）由電子元器件的內(nèi)熱阻，確定元器件的最高表面溫度。（5）確定元器件表面至散熱器或冷卻劑所需的回路總熱阻。23共六十六頁(yè)熱設(shè)計(jì)(shj)的一般程序（6）按元器件及設(shè)備組裝形式，計(jì)算熱流密度。（7）估算所選冷卻方案的成本，研究其它冷卻方案，進(jìn)行對(duì)比，以便找到最佳方案。（8）按GJB/Z27-92電子設(shè)備熱設(shè)計(jì)有關(guān)(yugun)章節(jié)要求進(jìn)行熱設(shè)計(jì)。24共六十六頁(yè) 元器件級(jí)的熱設(shè)計(jì)(shj)元器件溫度的限制 溫度是直接影響元器件性能和失效率的因素。 溫度對(duì)電阻的影響是電阻值將

14、隨溫度的變化而變化，溫度升高(shn o)導(dǎo)致電阻的允許耗散功率下降，使其壽命下降、熱噪聲增大；例如：當(dāng)環(huán)境溫度為40時(shí)，允許的使用功率為額定功率，環(huán)境溫度為100時(shí)，允許的使用功率僅為額定功率的20。 溫度的變化對(duì)阻值大小也有一定的影響，溫度每升高或降低10，電阻值大約要變化1，因此各類(lèi)電阻的使用環(huán)境溫度都有一定的限制。 25共六十六頁(yè) 類(lèi)型允許工作溫度涂軸線繞電阻鈀膜電阻體積炭質(zhì)電阻壓制線繞電阻碳膜電阻金屬膜電阻印制電阻22020015015012010085各類(lèi)電阻(dinz)允許的工作環(huán)境溫度26共六十六頁(yè) 對(duì)電容器的影響是使電容量和介質(zhì)損耗角(功率因素)等參數(shù)變化、壽命降低，一般(y

15、bn)超過(guò)規(guī)定允許溫度時(shí)，每升高10壽命下降一倍。 對(duì)各種電容器的允許工作溫度也作了規(guī)定：溫度(wnd)對(duì)電容器的影響類(lèi)型允許工作溫度玻璃陶瓷電容薄膜電容云母電容陶瓷電容紙介質(zhì)電容電介質(zhì)電容鋁質(zhì)電解電容2202001501501201008527共六十六頁(yè) 溫度對(duì)這兩類(lèi)元件的影響(yngxing)除降低其使用壽命外，絕緣材料的性能也下降。一般變壓器、扼流圈的允許溫度要低于95。對(duì)半導(dǎo)體器件，溫度過(guò)高使電性能變化，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起熱擊穿。 集成電路的結(jié)溫，每升高10故障率提高一倍等等。 為了保證可靠性，應(yīng)對(duì)元器件的工作溫度進(jìn)行控制，保證元器件工作時(shí)內(nèi)部的結(jié)溫不能超過(guò)降額使用后允許的結(jié)溫。溫度(wnd

16、)對(duì)變壓器、扼流圈的影響28共六十六頁(yè) 集成電路(jchng-dinl)、晶體管、二極管結(jié)溫與環(huán)境溫度的關(guān)系器 件說(shuō) 明結(jié)溫晶體管小功率TJ=TA+30中功率TJ=TA+20二極管小功率TJ=TA+30中功率TJ=TA+20集成電路門(mén)數(shù)不大于30或晶體管不大于120(不包括存儲(chǔ)器)TJ=TA+10門(mén)數(shù)大于30或晶體管大于120(包括所有存儲(chǔ)器)TJ=TA+25低功耗TTL及CMOS電路門(mén)數(shù)不大于30或晶體管不大于120(不包括存儲(chǔ)器)TJ=TA+5門(mén)數(shù)不大于30或晶體管不大于120(不包括存儲(chǔ)器)TJ=TA+1329共六十六頁(yè) 元器件的安裝(nzhung)和布局要求（1）元器件的安裝位置應(yīng)保證

17、元器件工作在允許的工作溫度范圍內(nèi)；（2）元器件的安裝位置應(yīng)得到最佳(zu ji)的自然對(duì)流；（3）元器件應(yīng)牢靠地安裝在底座、底板上，以保證得到最佳的傳導(dǎo)散熱；（4） 熱源應(yīng)接近機(jī)架安裝，與機(jī)架有良好的熱傳導(dǎo)。發(fā)熱元器件應(yīng)主要依靠傳導(dǎo)散熱的方法將熱直接傳導(dǎo)到外部。對(duì)高溫元器件可安裝金屬包層，金屬包層的內(nèi)部應(yīng)為高吸收率的表面(或涂黑)，外部應(yīng)為低輻射率的表面，使熱直接傳導(dǎo)到外部散熱片，以減少對(duì)鄰近元器件的熱影響。30共六十六頁(yè) 元器件的安裝(nzhung)和布局要求（5）元器件、部件的引線腿的橫截面應(yīng)大，長(zhǎng)度應(yīng)短。（6）無(wú)源元件、溫度敏感元件應(yīng)放置在低溫處。若鄰近有發(fā)熱量大的元件，則需對(duì)無(wú)源元件、

18、溫度敏感元件進(jìn)行熱防護(hù)，可在發(fā)熱(f r)元件與溫度敏感元件之間放置較為光澤的金屬片來(lái)實(shí)現(xiàn)。（7）元器件的安裝板應(yīng)垂直放置，利于散熱。31共六十六頁(yè) 電阻是通過(guò)引出線導(dǎo)熱和本體的對(duì)流(duli)換熱和輻射換熱來(lái)冷卻。在正常環(huán)境溫度條件下，功率小于1/2W的碳膜電阻，通過(guò)引線散發(fā)的熱量約占50%，對(duì)流(duli)換熱約占40%，輻射換熱約占10%，因此在安裝電阻時(shí)引出線應(yīng)盡可能的短一些，電阻安裝位置應(yīng)使發(fā)熱量最大的表面垂直于對(duì)流(duli)氣流的通路，并盡可能加大電阻與其它元器件之間的距離。電阻(dinz)的自然冷卻要求32共六十六頁(yè) 電子管的自然(zrn)冷卻要求 不帶屏蔽罩的電子管,主要(z

19、hyo)依靠玻璃殼的熱輻射和熱對(duì)流來(lái)冷卻，帶屏蔽罩的電子管一般應(yīng)在罩的頂部開(kāi)孔作為出風(fēng)孔，罩與玻璃殼間的氣隙作為進(jìn)氣孔，從而形成自然對(duì)流散熱，為了加強(qiáng)熱傳導(dǎo)的作用，屏蔽罩應(yīng)與玻璃殼接觸良好，或夾入一層導(dǎo)熱性能良好的彈簧片。如果有數(shù)個(gè)電子管在一起安裝時(shí)，為了改善散熱條件，電子管之間的中心距離不應(yīng)小于管子直徑的1.5倍，電子管最好是垂直安裝。33共六十六頁(yè) 變壓器的自然冷卻(lngqu)方法要求 變壓器主要依靠傳導(dǎo)散熱，因此要求(yoqi)鐵芯與支架，支架與安裝固定面都有良好的接觸，以便使熱阻最小。34共六十六頁(yè) 半導(dǎo)體器件的自然(zrn)冷卻方法要求 功率小于100mW的晶體管，一般依靠管殼及引

20、線的對(duì)外散熱就可達(dá)到冷卻目的。大功率晶體管應(yīng)采用散熱器散熱。對(duì)于功耗較小的半導(dǎo)體集成電路，由于表面積比較大有利于自然對(duì)流換熱，加 之引線較多，在配用適當(dāng)(shdng)的集成電路散熱器后，可以獲得較好的冷卻效果。35共六十六頁(yè) 無(wú)源元件的隔熱和導(dǎo)熱(dor)要求 無(wú)源元件包括開(kāi)關(guān)、熔斷器、接插件、電容器等，它們自身不產(chǎn)生大的熱量，但會(huì)受到其他元器件發(fā)熱的影響。例如，電容器的電容量會(huì)隨溫度升高而降低，熔斷器的斷路電流也會(huì)隨溫度升高而降低，所以在某些無(wú)源元件與熱源(ryun)之間應(yīng)考慮必要的熱設(shè)計(jì)，以防止它們過(guò)熱。同時(shí)某些接插件又是傳熱路徑的一部分，應(yīng)當(dāng)具有良好的導(dǎo)熱性并且相互接觸良好。36共六十六

21、頁(yè) 印制板上元器件安裝和布局(bj)要求 元器件在印制板上的安裝、布置應(yīng)從電磁兼容、抗力學(xué)環(huán)境應(yīng)力、散熱等諸方面統(tǒng)籌考慮，元器件應(yīng)安裝牢固、易于裝配和維修，還要利于散熱。 （1）發(fā)熱量大的元器件要放置在印制板的上方，盡量靠近機(jī)殼或框架。對(duì)熱敏感、易受溫度影響的元件(yunjin)應(yīng)安置在印制板下方，并要遠(yuǎn)離發(fā)熱元器件。 （2）發(fā)熱元器件應(yīng)放在有利于散熱的位置，必要時(shí)可單獨(dú)放置或裝散熱器。對(duì)需要裝散熱器的功率晶體管可直接將散熱器裝在晶體管上，也可將散熱器固定在印制板上。 （3）元器件在印制板上的位置應(yīng)均衡，盡量使間隙一致，以利于對(duì)流散熱。 （4）應(yīng)設(shè)法使安裝在印制板上的元器件 “等熱”，降低元器

22、件溫升的偏差幅度。37共六十六頁(yè) 元器件間的間隔(jin g)限制要求 為加強(qiáng)對(duì)流換熱，在布置(bzh)元器件時(shí)，元器件之間、元器件與結(jié)構(gòu)件之間，應(yīng)保持足夠的距離，以利于空氣對(duì)流。另外： 電阻器之間的間隔應(yīng)大于6mm，若間隔小于3mm,則會(huì)因互熱導(dǎo)致每個(gè)電阻器表面溫度增加1015。 電子管管泡間隔應(yīng)不小于1.7cm，當(dāng)管徑超過(guò)1.27cm，則間隔應(yīng)以管徑1.5倍為宜，功耗大的管子，間隔還應(yīng)大些。38共六十六頁(yè) 元器件間的間隔(jin g)限制要求39共六十六頁(yè) 對(duì)于搭焊或浸焊的具有軸向引線的圓柱形元件，如電阻器、電容器和二極管，應(yīng)提供最小的應(yīng)變量(binling)為2.54mm，如圖(a)所示

23、。大型矩形元件，如變壓器和扼流圈，需要有較大的應(yīng)變量(binling)，故采用圖(b)、(c)的安裝方法。 減少(jinsho)元器件熱應(yīng)變的安裝方法 當(dāng)引線應(yīng)變的有效釋放的空間較小。通常把引線彎成環(huán)形，可以得到較大的應(yīng)變量。元器件的安裝方法40共六十六頁(yè)減少晶體管熱應(yīng)變(yngbin)的安裝方法 晶體管的常用安裝方法見(jiàn)圖所示。其中圖 (a)是把晶體管直接安裝在印制板上，由于(yuy)引線的熱應(yīng)變量不夠和底部散熱性能差，易使焊點(diǎn)在印制電路板熱膨脹冷縮時(shí)產(chǎn)生斷裂。其它幾種熱安裝方法散熱較好，但應(yīng)注意圖 (e)的安裝方法不適合于工作在振動(dòng)環(huán)境中的元器件。晶體管的安裝方法41共六十六頁(yè)減少雙列直插式

24、（DIP）集成電路(jchng-dinl)的安裝方法 功率較大的集成電路，可在其殼體下部與印制板之間設(shè)有金屬導(dǎo)熱條，厚度滿(mǎn)足散熱要求，為了減少接觸熱阻，在接觸面之間采用(ciyng)粘結(jié)劑。如圖(a)、(b)所示。功率較小的集成電路，可不用粘結(jié)劑或?qū)釛l，在集成電路與印制板之間留有間隙即可，如圖（c）、（d）、(e)所示。42共六十六頁(yè) 印制電路(yn zh din l)板的熱設(shè)計(jì) 印制電路板熱設(shè)計(jì)(shj)的目的是實(shí)現(xiàn)印制電路板良好的散熱，以保證印制電路板上元器件和功能電路正常工作，從而保證系統(tǒng)的可靠性。(1) 常用的印制電路板類(lèi)型工作溫度范圍特點(diǎn)覆銅箔環(huán)氧酚醛玻璃布層壓板小于100適用于制

25、作工作頻率較高的電子/電器設(shè)備中的印制板。覆銅箔環(huán)氧玻璃布層壓板可達(dá)130透明程度好，適用于制作電子、電器設(shè)備中的印制板。覆銅箔聚四氟乙烯玻璃布層壓板可在200以下長(zhǎng)期工作介質(zhì)損耗小，介電常數(shù)低，價(jià)格昂貴，適用于制作國(guó)防尖端產(chǎn)品和高頻微波設(shè)備中的印制板。43共六十六頁(yè) 印制電路(yn zh din l)板的散熱設(shè)計(jì) 目前采用的環(huán)氧玻璃板，導(dǎo)熱性能差，為了提高其導(dǎo)熱能力(nngl)，通常在其上敷設(shè)導(dǎo)熱系數(shù)大的金屬（銅、鋁）條或（銅、鋁）板，而成為散熱印制電路板，常用的散熱印制電路板如圖所示。圖（a）為在印制電路板上敷有導(dǎo)熱金屬條的導(dǎo)熱條式散熱印制板，圖（b）為在印制電路板上敷有導(dǎo)熱金屬板的導(dǎo)熱板

26、式散熱印制板；圖（c）為導(dǎo)熱板安裝于印制電路板的上方，與元器件緊密接觸。44共六十六頁(yè) 印制電路(yn zh din l)板的散熱設(shè)計(jì)常用(chn yn)的散熱印制電路板45共六十六頁(yè) 印制電路(yn zh din l)板導(dǎo)軌的熱設(shè)計(jì) 插入式印制電路板往往(wngwng)需要導(dǎo)軌，使印制電路板能對(duì)準(zhǔn)插座。導(dǎo)軌的主要作用是導(dǎo)向和導(dǎo)熱。作為導(dǎo)熱時(shí)，應(yīng)保證導(dǎo)軌與印制板之間有足夠的接觸壓力和接觸面積，并應(yīng)保證導(dǎo)軌與機(jī)箱壁有良好的熱接觸，導(dǎo)軌的熱阻是選擇導(dǎo)軌的主要依據(jù)，導(dǎo)軌的熱阻越小，且隨高度的變化越小，導(dǎo)軌的性能越好。 有許多不同形式的電路板邊緣導(dǎo)軌，常見(jiàn)的幾種導(dǎo)熱性能較好的導(dǎo)軌如圖所示。它們的熱阻值

27、在不同海拔高度時(shí)的典型值如表所示。其中以楔型導(dǎo)軌的熱阻最小，楔型導(dǎo)軌在軍用加固設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用。46共六十六頁(yè) 印制電路(yn zh din l)板與機(jī)箱壁的連接47共六十六頁(yè) 典型單臺(tái)式安裝(nzhung)形式48共六十六頁(yè) 典型(dinxng)導(dǎo)軌及熱阻值49共六十六頁(yè) 機(jī)箱的熱設(shè)計(jì)(shj) 機(jī)箱熱設(shè)計(jì)(shj)的任務(wù)是在保證設(shè)備承受外界各種環(huán)境和機(jī)械應(yīng)力的前提下，采用各種必要的散熱手段，最大限度的把設(shè)備產(chǎn)生的熱量散發(fā)出去，滿(mǎn)足設(shè)備內(nèi)電子元器件規(guī)定的溫度要求。常用機(jī)箱的形式主要有密封機(jī)箱、通風(fēng)機(jī)箱和強(qiáng)迫風(fēng)冷機(jī)箱，強(qiáng)迫風(fēng)冷機(jī)箱又可分為箱內(nèi)強(qiáng)迫通風(fēng)和冷板式強(qiáng)迫風(fēng)冷兩種。四種機(jī)箱的特性及

28、適用范圍如表所示。50共六十六頁(yè)密封機(jī)箱、通風(fēng)(tng fng)機(jī)箱和強(qiáng)迫風(fēng)冷機(jī)箱特性表機(jī)箱類(lèi)型主要散熱途徑主要設(shè)計(jì)要素特點(diǎn)適用范圍密封機(jī)箱機(jī)箱表面散熱和向機(jī)座的熱傳導(dǎo)機(jī)箱表面積和機(jī)箱安裝等，在機(jī)箱的外側(cè)，一般均考慮設(shè)計(jì)散熱槽，以增加機(jī)箱的有效散熱面積。散熱能力較差應(yīng)用于系統(tǒng)功耗小、對(duì)散熱要求不高的電子產(chǎn)品中。通風(fēng)機(jī)箱機(jī)箱表面散熱和自然通風(fēng)散熱機(jī)箱表面積和通風(fēng)口面積等。散熱能力較好系統(tǒng)功耗較小，通過(guò)通風(fēng)孔的散熱就可滿(mǎn)足溫度要求。51共六十六頁(yè) 箱內(nèi)強(qiáng)迫通風(fēng)機(jī)箱機(jī)箱表面散熱和強(qiáng)迫通風(fēng)散熱選用合適的風(fēng)機(jī)和設(shè)置合理的風(fēng)道，包括通風(fēng)路徑、氣流的分配與控制、空氣出入口障礙物的影響、風(fēng)機(jī)與通風(fēng)口的距離、通

29、風(fēng)進(jìn)出口設(shè)計(jì)、空氣過(guò)濾器的采用等。散熱性能好 有較強(qiáng)的散熱能力，適用于功耗較大的系統(tǒng)。對(duì)冷卻空氣的溫度、濕度及質(zhì)量有嚴(yán)格的要求。冷板式強(qiáng)迫風(fēng)冷機(jī)箱機(jī)箱表面散熱、冷板散熱和強(qiáng)迫風(fēng)冷散熱冷板的蓋板、底板及多層冷板用的隔板材料一般用鋁板。蓋板、底板的厚度一般為36mm，隔板的厚度取0.42mm，根據(jù)冷板的工作環(huán)境條件選取肋片的形狀、肋間距、肋高和肋厚。 散熱性能好，可減小各種污染，結(jié)構(gòu)緊湊。傳熱效率高，無(wú)污染，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，廣泛應(yīng)用于電子設(shè)備的熱設(shè)計(jì)，尤其是體積和重量受到嚴(yán)格限制的飛行器電子設(shè)備。密封機(jī)箱、通風(fēng)(tng fng)機(jī)箱和強(qiáng)迫風(fēng)冷機(jī)箱特性表52共六十六頁(yè) 自然(zrn)對(duì)流冷卻電子設(shè)備結(jié)構(gòu)

30、53共六十六頁(yè) 強(qiáng)迫(qing p)風(fēng)冷電子設(shè)備結(jié)構(gòu)54共六十六頁(yè) 自然對(duì)流(duli)冷卻的航空標(biāo)準(zhǔn)機(jī)箱的結(jié)構(gòu)55共六十六頁(yè) 冷板式冷卻(lngqu)的電子設(shè)備結(jié)構(gòu)56共六十六頁(yè)冷板式(bnsh)冷卻的電子設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)57共六十六頁(yè) 熱設(shè)計(jì)實(shí)施(shsh)要點(diǎn) 最大限度的利用導(dǎo)熱、自然對(duì)流和輻射(fsh)等簡(jiǎn)單、可靠的冷卻技術(shù)，并盡可能的縮短傳熱路徑，增大換熱（或?qū)幔┟娣e。(1) 冷卻方法的選擇實(shí)施要點(diǎn) 根據(jù)電子產(chǎn)品的功耗計(jì)算熱流密度或體積功率密度； 根據(jù)設(shè)計(jì)條件和熱流密度或體積功率密度選擇合適的冷卻方法； 冷卻方法的選擇順序?yàn)椋鹤匀焕鋮s、強(qiáng)迫風(fēng)冷、液體冷卻、蒸發(fā)冷卻等。58共六十六頁(yè) 熱設(shè)計(jì)實(shí)施(shsh)要點(diǎn)(2) 元器件的安裝與布局實(shí)施要點(diǎn) 盡量減小元器件安裝界面的熱阻。元器件的排列與安裝應(yīng)有利于流體的對(duì)流(duli)； 元器件安裝時(shí)，應(yīng)充分考慮周?chē)骷妮椛鋼Q熱的影響，對(duì)靠近熱源的熱敏感的元器件應(yīng)采取熱屏蔽措施；59共六十六頁(yè) 1) 半導(dǎo)體器件 通過(guò)采用大面積的光滑接觸表面以及按要求指定導(dǎo)熱襯墊或添加劑，盡量減小器件與其安裝座之間的接觸熱阻； 置于遠(yuǎn)離高溫元器件的地方； 在空氣或冷卻(lngqu)濟(jì)流動(dòng)的