熱設(shè)計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)計是采用適當可靠的方法控制產(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)定運行要求的最高溫度，以保證產(chǎn)品正常運行的安全性，長期運行的可靠性 。此外，低溫環(huán)境下控制加熱量而使設(shè)備啟動也是熱可靠性的重要內(nèi)容。

熱設(shè)計目的

      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)定的最高允許溫度，從而保證電子產(chǎn)品正常、可靠的工作。

 熱設(shè)計的基本問題

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)計中的重要參數(shù)；所有的冷卻系統(tǒng)應(yīng)是最簡單又最經(jīng)濟的，并適合于特定的電氣和機械、環(huán)境條件，同時滿足可靠性要求。

熱設(shè)計應(yīng)與電氣設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、可靠性設(shè)計同時進行，當出現(xiàn)矛盾時，應(yīng)進行協(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，每個元器件周圍的傳熱通路等。

(b) 熱流密度：單位面積的熱流量。

(c) 體積功率密度：單位體積的熱流量。

(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：利用單相流體強迫流動帶走熱量的一種換熱器。

(g) 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。

熱設(shè)計的基本原則

（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)、對流、輻射）；傳導(dǎo)冷卻可以解決許多熱設(shè)計問題，對于中等發(fā)熱的產(chǎn)品，采用對流冷卻往往合適，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)生熱量的點或區(qū)域與器件表面指定點（安裝表面）之間的熱阻；外熱阻是指器件上任意參考點（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)該簡單經(jīng)濟，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)濟性、與失效率對應(yīng)的元器件最高允許溫度、電路布局、產(chǎn)品的復(fù)雜程度等因素；

（f）應(yīng)與電氣及機械設(shè)計同時進行；

（g）不得有損于產(chǎn)品的電性能；

（h）最佳熱設(shè)計與最佳電路設(shè)計有矛盾時，應(yīng)采用折中的解決方法；

（i）應(yīng)盡量減小熱設(shè)計中的誤差。

熱設(shè)計的方法

熱設(shè)計實施要點

最大限度的利用導(dǎo)熱、自然對流和輻射等簡單、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）冷卻方法的選擇實施要點

(a) 根據(jù)電子產(chǎn)品的功耗計算熱流密度或體積功率密度；

(b) 根據(jù)設(shè)計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為：自然冷卻、強迫風冷、液體冷卻、蒸發(fā)冷卻等。

（2）元器件的安裝與布局實施要點

(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)有利于流體的對流；

(b) 元器件安裝時，應(yīng)充分考慮周圍元器件的輻射換熱的影響，對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；

置于遠離高溫元器件的地方；

在空氣或冷卻劑流動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

置于遠離熱源的地方；

對其它熱源采取絕熱措施。

3) 電阻器

置于對流良好的位置；

使用機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；

置于對流冷卻良好的位置；

適當處設(shè)置散熱片。

（3）印制電路板的散熱設(shè)計實施要點

(a) 印制板組裝件應(yīng)有適當?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）機箱的散熱設(shè)計實施要點

(a) 充分利用機箱結(jié)構(gòu)作為散熱體，通過傳導(dǎo)、對流和輻射把機箱內(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) 增大自然對流機箱表面的黑度，以增強輻射換熱能力。

(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) 非密封型機箱，在機箱上合理開通風口，加強對流、換熱作用；

(k) 功耗較大時，考慮采用強迫風冷機箱或液體冷卻機箱等。