高低溫濕熱低氣壓試驗(yàn)箱全新認(rèn)識(shí)可靠性熱設(shè)計(jì)

熱設(shè)計(jì)是隨著通訊和信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展而出現(xiàn)的一個(gè)較新的行業(yè)，且越來越被重視。隨著通訊和信息產(chǎn)品性能的不斷提升和人們對(duì)于通訊和信息設(shè)備便攜化和微型化要求的不斷提升，信息設(shè)備的功耗不斷上升，而體積趨于減小，高熱流密度散熱需求越來越迫切 。熱設(shè)計(jì)便是采用適當(dāng)可靠的方法控制產(chǎn)品內(nèi)部所有電子元器件的溫度，使其在所處的工作環(huán)境條件下不超過穩(wěn)定運(yùn)行要求的高溫度，以保證產(chǎn)品正常運(yùn)行的安全性，長(zhǎng)期運(yùn)行的可靠性 。此外，低溫環(huán)境下控制加熱量而使設(shè)備啟動(dòng)也是熱可靠性的重要內(nèi)容。

設(shè)備的耗散的熱量決定了溫升，因此也決定了任一給定結(jié)構(gòu)的溫度；熱量以導(dǎo)熱、對(duì)流及輻射傳遞出去，每種形式傳遞的熱量與其熱阻成反比；熱量、熱阻和溫度是熱設(shè)計(jì)中的重要參數(shù)；所有的冷卻系統(tǒng)應(yīng)是簡(jiǎn)單又經(jīng)濟(jì)的，并適合于特定的電氣和機(jī)械、環(huán)境條件，同時(shí)滿足可靠性要求。
熱設(shè)計(jì)應(yīng)與電氣設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)同時(shí)進(jìn)行，當(dāng)出現(xiàn)矛盾時(shí)，應(yīng)進(jìn)行協(xié)調(diào)解決。
–電子設(shè)備的有效輸出功率比所需的輸入功率小得多，而這部分多余的功率則轉(zhuǎn)化為熱而耗散掉。
–隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電子元器件和設(shè)備日趨小型化，使得設(shè)備的體積功率密度大大增加
–提供一條低熱阻通路，保證熱量順利傳遞出去。

熱設(shè)計(jì)目的
控制電子產(chǎn)品內(nèi)部所有電子元器件的溫度，使其在產(chǎn)品所處的工作環(huán)境條件下不超過規(guī)定的高允許溫度，從而保證電子產(chǎn)品正常、可靠的工作。

熱設(shè)計(jì)基本術(shù)語
(a)熱環(huán)境包括產(chǎn)品或元器件周圍流體的種類、溫度、壓力及速度，表面溫度、外形及黑度，每個(gè)元器件周圍的傳熱通路等。
(b)熱流密度：?jiǎn)挝幻娣e的熱流量。
(c)體積功率密度：?jiǎn)挝惑w積的熱流量。
(d)熱阻：熱量在熱流路徑上遇到的阻力。
(e)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。
(f)冷板：利用單相流體強(qiáng)迫流動(dòng)帶走熱量的一種換熱器。
(g)熱沉：是一個(gè)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。

熱設(shè)計(jì)的基本原則
（a）應(yīng)通過控制散熱量的大小來控制溫升；
（b）選擇合理的熱傳遞方式（傳導(dǎo)、對(duì)流、輻射）；傳導(dǎo)冷卻可以解決許多熱設(shè)計(jì)問題，對(duì)于中等發(fā)熱的產(chǎn)品，采用對(duì)流冷卻往往合適，輻射傳熱是空間電子設(shè)備的主要傳熱方式；
（c）盡量減小各種熱阻，控制元器件的溫度；電子產(chǎn)品熱設(shè)計(jì)中可能遇到三種熱阻：內(nèi)熱阻、外熱阻和系統(tǒng)熱阻。內(nèi)熱阻是指產(chǎn)生熱量的點(diǎn)或區(qū)域與器件表面點(diǎn)（安裝表面）之間的熱阻；外熱阻是指器件上任意參考點(diǎn)（安裝表面）與換熱器間，或與產(chǎn)品、冷卻流體和環(huán)境交界面之間的熱阻；系統(tǒng)熱阻是指產(chǎn)品外表面與周圍空氣間或冷卻流體間的熱阻；
（d）采用的冷卻系統(tǒng)應(yīng)該簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)，并適用于電子產(chǎn)品所在的環(huán)境條件的要求；
（e）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)的元器件高允許溫度、電路布局、產(chǎn)品的復(fù)雜程度等因素；
（f）應(yīng)與電氣及機(jī)械設(shè)計(jì)同時(shí)進(jìn)行；
（g）不得有損于產(chǎn)品的電性能；
（h）*熱設(shè)計(jì)與*電路設(shè)計(jì)有矛盾時(shí)，應(yīng)采用折中的解決方法；
（i）應(yīng)盡量減小熱設(shè)計(jì)中的誤差。

熱設(shè)計(jì)的方法
電子產(chǎn)品熱設(shè)計(jì)應(yīng)首先根據(jù)產(chǎn)品的可靠性指標(biāo)及產(chǎn)品所處的環(huán)境條件確定熱設(shè)計(jì)目標(biāo)，熱設(shè)計(jì)目標(biāo)一般為產(chǎn)品內(nèi)部元器件允許的高溫度，根據(jù)熱設(shè)計(jì)目標(biāo)及產(chǎn)品的結(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(jì)和機(jī)箱散熱結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。常見的熱設(shè)計(jì)流程見圖1所示。
         
熱設(shè)計(jì)目標(biāo)的確定
熱設(shè)計(jì)目標(biāo)通常根據(jù)產(chǎn)品的可靠性指標(biāo)與工作的環(huán)境條件來確定，已知可靠性指標(biāo)，依據(jù)GJB/ 299B－1998《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)算出元器件允許的高工作溫度，此溫度即為元器件的熱設(shè)計(jì)目標(biāo)。工程上為簡(jiǎn)便計(jì)算，通常采用元器件經(jīng)降額設(shè)計(jì)后允許的高溫度值做為熱設(shè)計(jì)目標(biāo)。

熱設(shè)計(jì)實(shí)施要點(diǎn)
大限度的利用導(dǎo)熱、自然對(duì)流和輻射等簡(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)
(a)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；
(b)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；
(c)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。
（2）元器件的安裝與布局實(shí)施要點(diǎn)
(a)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；
(b)元器件安裝時(shí)，應(yīng)充分考慮周圍元器件的輻射換熱的影響，對(duì)靠近熱源的熱敏感的元器件應(yīng)采取熱屏蔽措施；
1)半導(dǎo)體器件
通過采用大面積的光滑接觸表面以及按要求導(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；
在空氣或冷卻劑流動(dòng)的方向采用垂直安置散熱片的散熱器。采用噴涂或涂覆的表面以改善輻射特性。
2)電容器
置于遠(yuǎn)離熱源的地方；
對(duì)其它熱源采取絕熱措施。
3)電阻器
置于對(duì)流良好的位置；
使用機(jī)械的夾緊或封裝材料以改善向散熱器的熱傳遞；
盡可能采用短引線。
4)變壓器和電感器
為將這些器件的熱傳遞出去，提供導(dǎo)熱通路；
置于對(duì)流冷卻良好的位置；
適當(dāng)處設(shè)置散熱片。
（3）印制電路板的散熱設(shè)計(jì)實(shí)施要點(diǎn)
(a)印制板組裝件應(yīng)有適當(dāng)?shù)膶?dǎo)熱措施，如采用導(dǎo)熱印制板（導(dǎo)熱條、導(dǎo)熱板、金屬夾芯等）。
(b)印制板導(dǎo)軌應(yīng)采用熱阻小的導(dǎo)軌，如U形導(dǎo)軌或楔形導(dǎo)軌等；
(c)應(yīng)控制印制板組裝件之間的間距，一般應(yīng)控制在19至21mm之間。
（4）機(jī)箱的散熱設(shè)計(jì)實(shí)施要點(diǎn)
(a)充分利用機(jī)箱結(jié)構(gòu)作為散熱體，通過傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射把機(jī)箱內(nèi)部電子模塊及電子元件產(chǎn)生的熱量有效散發(fā)出去。
(b)增大自然對(duì)流機(jī)箱表面的黑度，以增強(qiáng)輻射換熱能力。
(c)所有傳導(dǎo)熱量的接觸面要求平整光滑，有較高的表面光潔度；
(d)采用導(dǎo)熱系數(shù)高的金屬材料，考慮到材料的比重因素，推薦首先選用鋁合金；
(e)增加需要散熱元件和模塊的導(dǎo)熱接觸面面積；
(f)對(duì)高低不平的導(dǎo)熱面采用導(dǎo)熱絕緣海綿橡膠板作為傳熱層；
(g)縮短熱傳導(dǎo)的距離；
(h)增大機(jī)箱的散熱表面積；
(i)增加導(dǎo)熱接觸面的壓力；
(j)非密封型機(jī)箱，在機(jī)箱上合理開通風(fēng)口，加強(qiáng)對(duì)流、換熱作用；
(k)功耗較大時(shí)，考慮采用強(qiáng)迫風(fēng)冷機(jī)箱或液體冷卻機(jī)箱等。

高低溫濕熱低氣壓試驗(yàn)箱 主要規(guī)格和技術(shù)參數(shù)：