目录摘要： (2)第1章电子产品热设计概述： (2)第1.1节电子产品热设计理论基础 (2)1.1.1 热传导： (2)1.1.2 热对流 (2)1.1.3 热辐射 (2)第1.2节热设计的基本要求 (3)第1.3节热设计中术语的定义 (3)第1.4节电子设备的热环境 (3)第1.5节热设计的详细步骤 (4)第2章电子产品热设计分析 (5)第2.1节主要电子元器件热设计 (5)2.1.1 电阻器 (5)2.1.2 变压器 (5)第2.2节模块的热设计 (5)电子产品热设计实例一：IBM “芯片帽”芯片散热系统 (6)第2.3节整机散热设计 (7)第2.4节机壳的热设计 (8)第2.5节冷却方式设计： (9)2.5.1 自然冷却设计 (9)2.5.2 强迫风冷设计 (9)电子产品热设计实例二：大型计算机散热设计： (10)第3章散热器的热设计 (10)第3.1节散热器的选择与使用 (10)第3.2节散热器选用原则 (11)第3.3节散热器结构设计基本准则 (11)电子产品热设计实例三：高亮度LED封装散热设计 (11)第4章电子产品热设计存在的问题与分析： (15)总结 (15)参考文献 (15)电子产品热设计摘要：电子产品工作时，其输出功率只占产品输入功率的一部分，其损失的功率都以热能形式散发出去，尤其是功耗较大的元器件，如：变压器、大功耗电阻等，实际上它们是一个热源，使产品的温度升高。
因此，热设计是保证电子产品能安全可靠工作的重要条件之一，是制约产品小型化的关键问题。
另外，电子产品的温度与环境温度有关，环境温度越高，电子产品的温度也越高。
由于电子产品中的元器件都有一定的温度范围，如果超过其温度极限，就将引起产品工作状态的改变，缩短其使用寿命，甚至损坏，使电子产品无法稳定可靠地工作。
第1章电子产品热设计概述：电子产品的热设计就是根据热力学的基本原理，采取各种散热手段，使产品的工作温度不超过其极限温度，保证电子产品在预定的环境条件下稳定可靠地工作。
第1.1节电子产品热设计理论基础热力学第二定律指出：热量总是自发的、不可逆转的，从高温处传向低温处，即：只要有温差存在，热量就会自发地从高温物体传向低温物体，形成热交换。
热交换有三种模式：传导、对流、辐射。
它们可以单独出现，也可能两种或三种形式同时出现。
1.1.1 热传导：气体导热是由气体分子不规则运动时相互碰撞的结果。
金属导体中的导热主要靠自由电子的运动来完成。
非导电固体中的导热通过晶格结构的振动实现的。
液体中的导热机理主要靠弹性波的作用。
1.1.2 热对流对流是指流体各部分之间发生相对位移时所引起的热量传递过程。
对流仅发生在流体中，且必然伴随着有导热现象。
流体流过某物体表面时所发生的热交换过程，称为对流换热。
由流体冷热各部分的密度不同所引起的对流称自然对流。
若流体的运动由外力(泵、风机等)引起的，则称为强迫对流。
1.1.3 热辐射物体以电磁波方式传递能量的过程称为热辐射。
辐射能在真空中传递能量，且有能量方式的转换，即热能转换为辐射能及从辐射能转换成热能。
第1.2节热设计的基本要求电子产品热设计应首先根据设备的可靠性指标及设备所处的环境条件确定热设计目标，热设计目标一般为设备内部元器件允许的最高温度，根据热设计目标及设备的结构、体积、重量等要求进行热设计，主要包括冷却方法的选择、元器件的安装与布局、印制电路板、电阻、电抗器、变压器、模块散热结构的设计和机箱散热结构的设计。
电子设备的热设计要与电路设计和结构设计同时进行，满足设备可靠性的要求。
热设计与维修性设计相结合，可提高设备的可维修性。
第1.3节热设计中术语的定义⑴热特性：设备或元器件的温升随热环境变化的特性，包括温度、压力和流量分布特征。
⑵热流密度：单位面积的热流量。
⑶热阻：热量在热流路径的阻力。
⑷内热阻：元器件内部发热部位与表面某部位之间的热阻。
⑸安装热阻：元器件与安装表面之间的热阻，又叫界面热阻。
⑹温度稳定：温度变化率不超过每小时2℃时，称为温度稳定。
⑺温度梯度：等温面的法向方向上单位距离所引起的温度增量定义为温度梯度。
⑻紊流器：提高流体流动紊流程度并改善散热效果的装置。
⑼热沉：是一个无限大的热容器，其温度不随传递到它的热能大小而变化。
它也可能是大地、大气、大体积的水或宇宙，又称热地。
过去我们也称为“最终散热器“，也就是我们将在后面讨论的热电模拟回路中的接地点。
对空用和陆用设备而言，周围的大气就是热沉。
第1.4节电子设备的热环境各类电子设备使用场所的热环境的可变性是热控制的一个必须考虑的重要因素，例如装在宇航飞行器上的电子设备在整个飞行过程中将遇到地球大气层的热环境、大气层外的宇宙空间的热环境等。
导弹上工作的电子元器件所经受的环境条件比地面室内设备的环境条件恶劣得多，它们必须满足不同环境温度和特殊飞行密封舱的压力要求，除此之外，还有机诫振动和电磁干扰等因素。
图1-1元器件失效率与温度的关系电子设备的热环境包括：⑴工作过程中，功率元件耗散的热量。
⑵设备周围的工作环境，通过导热、对流和辐射的形式，将热量传递给电子设备。
⑶设备与大气环境产生相对运动时，各种摩擦引起的增温。
⑷环境温度和压力（或高度）的极限值。
⑸环境温度和压力（或高度）的变化率。
⑹太阳或周围物体的辐射热。
⑺可利用的热沉（包括：种类、温度、压力和湿度）。
第1.5节热设计的详细步骤⑴确定设备(或元器件)的散热面积、散热器或周围空气的极值环境温度范围。
⑵确定冷却方式。
⑶对少量关键发热元器件进行应力分析，确定其最高允许温度和功耗，并对其失效率加以分析。
⑷按器件和设备的组装形式，计算热流密度。
⑸由器件内热阻(查器件手册)确定其最高表面温度。
⑹确定器件表面到散热器或空气的总热阻。
⑺根据热流密度等因素对热阻进行分析与分配，并对此加以评估，确定传热方法和冷却技术。
⑻选定散热方案。
第2章电子产品热设计分析第2.1节主要电子元器件热设计2.1.1 电阻器电阻器的温度与其形式、尺寸、功耗、安装位置及方式、环境温度有关，一般通过本身的辐射、对流和引出线两端的金属热传导来散热，在正常环境温度下，经试验得知，对功率小于0.5W的炭膜电阻，通过传导散去的热量占50%，对流散热占40％，辐射散热占10％。
因此在装配电阻器时，要使其引出线尽可能短，以减小热阻，安装方式应使其发热量大的面垂直于对流气体的通路，并加大与其他元器件之间的距离，以增加对流散热效果，电阻器的表面涂以无光泽的粗糙漆，可提高辐射散热能力。
2.1.2 变压器铁芯和线包是变压器的热源，传导是其内部的主要传热途径，因此要求铁芯与支架，支架与固定面都要仔细加工，保证良好接触，使其热阻最小，同时在底板上应开通风孔，使气流形成对流，在变压器表面涂无光泽黑漆，以加强辐射散热。
图 2-1变压器热设计第2.2节模块的热设计模块热设计是使模块在上述任一传热路径上的热阻足够低，以保证元器件温度不超过规定值，将界面温度即散热片或导轨的表面温度控制在0℃～60℃。
模块的热设计有两类问题：根据模块内部要求进行设计，包括界面温度、功耗和元器件的许用温度等；根据系统的环境、封装、单个或组合的模块功耗等要求，对整个系统进行热设计。
模块内部的热设计。
为满足电子模块的可靠性要求，设计上必须保证模块处于最大功耗时及在其额定界面温度下，使所有元器件的温度低于元器件的临界温度(即比有关规范规定的额定值的100%低20℃的温度)。
元器件的瞬态临界温度(指额定值)可看作安全因子，当散热片和导轨温度达到80℃(比最高界面温度高20℃)时所有元器件的温度应低于或等于元器件的瞬态临界温度。
电子产品热设计实例一：IBM “芯片帽”芯片散热系统如何将芯片发出的热量更好的传导出去，一直是硬件厂商多年努力的目标，因为更好的散热无疑意味着更高的芯片频率，更强的性能。
从理论上来说，散热片和芯片表面结合的越紧密，散热效率越高。
将散热片在芯片顶部压紧自然是一种方案，但压力过大又会破坏芯片。
IBM公司的研究人员近日发布了一项研究成果，能够大大提高芯片散热的效率。
这套系统名叫“芯片帽”，或者说是高导热性接触面技术。
我们之前安装CPU风扇时有这样的经验，风扇的散热片底部打磨的越光滑，在涂上导热剂之后接触越紧密，散热越好。
但IBM瑞士苏黎世实验室先进散热封装小组负责人Bruno Michel根据研究表示，完全光滑平整的接触面并不是散热的最佳方案。
他们从树木的根系和人的血管系统得到启发，在散热片底部开辟出了粗细不同，互相连接的渠道。
也就是说，散热片的底部也通过细微的高低不平增大了接触面积。
这样，当通过硅或银质的导热介质和芯片核心接触时，IBM宣称能够带来和现有方案相比10倍的散热效率。
同时，加在散热片上的压力只需要之前的一半，避免了破坏核心的可能性。
Bruno Michel表示，现有风冷技术最高只能支持每平方厘米75W的散热效率，而他们的“芯片帽”可以达到每平方厘米370W，能够带给芯片厂商大得多的开发空间。
同时，IBM的苏黎世实验室还在展望更加前卫的技术，名为直接喷射冲击技术。
该技术基于上面讲的多纹理接触面，又结合了液冷技术。
将散热片表面的渠道体系排列的更为规则，用最多50000个微型喷嘴直接向这些阵列喷射散热液体。
而液体流经这些繁杂的渠道后，在整个封闭系统内被全部回收。
如此一来，无疑能够创造更加革命性的散热效率。
图 2-2芯片帽示意图图 2-3构想中直接喷射冲击技术的散热片表面第2.3节整机散热设计⑴确定整机的热耗和分布。
⑵根据整机结构尺寸初步确定散热设计方案。
⑶对确定的冷却方式进行分析(如强迫风冷的风机数量，选型，级联方式，风道尺寸，风量大小，控制方式等)。
⑷针对分析结果可利用热分析软件进一步验证。
⑸对散热方案进行调整进而最后确定。
图 2-4比较优秀的整机散热设计电子设备的机壳是接受设备内部热量，并通过它将热量散发到周围环境中去的一个重要热传递环节。
机壳的设计在采用自然散热和一些密闭式的电子设备中显得格外重要。
试验表明，不同结构形式和涂覆处理的机壳散热效果差异较大。
机壳热设计应注意下列问题：（1）增加机壳内外表面的黑度，开通风孔（百叶窗）等都能降低电子设备内部元器件的温度；（2）机壳内外表面高黑度的散热效果比两测开百叶窗的自然对流效果好，内外表面高黑度时，内部平均降温20℃左右，而两侧开百叶窗时（内外表面光亮），其温度只降8℃左右；（3）机壳内外表面高黑度的降温效果比单面高黑度的效果好，特别是提高外表面黑度是降低机壳表面温度的有效办法；（4）在机壳内外表面黑化的基础上，合理地改进通风结构（如顶板、底板、左右两侧板开通风孔等），加强空气对流，可以明显地降低设备的内部温度环境；（5）通风口的位置应注意气流短路而影响散热效果，通风孔的进出口应开在温差最大的两处，进风口要低，出风口要高。