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隨著電子、電氣產品的小型化、智能化、多樣化發展，產品的功率密度越來越高，產品的設計周期越來越短，給產品的散熱設計帶來了嚴峻的挑戰。當前，越來越多的企業選擇借助仿真和試驗相結合的手段來加快產品的開發，旨在于減少試驗驗證次數，縮短開發周期，降低產品設計風險。另外由于半導體設備的功耗、散熱參數與材料成分、制造工藝相關，且與環境溫度及溫升相關，需要借助熱測試設備重新標定元件的散熱特性。

目前電子、電氣行業的熱設計工作大都是由結構設計工程師在兼顧，相對缺乏熱設計理論、專業CFD散熱分析技術和熱測試經驗。安世亞太多年從事熱設計工程咨詢服務，積累了豐富的實踐經驗，時至今日已具備熱設計完整解決方案及落地能力。在逐步積淀的過程中，安世亞太也梳理出相對清晰的理論體系，在這里與感興趣的業內伙伴分享。

• 熱設計技術

電子設備的熱設計是根據電子元器件的功耗、溫度特性和應用場景，利用熱傳遞技術和相應的結構設備，使元器件的工作溫度不超過其正常工作溫度的要求范圍，同時滿足散熱路徑上部件的可靠性要求。通常熱設計需要借助熱測試技術獲得關鍵傳熱性能參數，仿真技術能夠對熱設計進行評估與優化。

• 熱測試技術

熱測試是一門測試技術，借助專業測試設備與測試方法獲得產品一維散熱路徑上各處的熱阻特性，為散熱設計評估、仿真分析提供可靠的數據。

在電子產品散熱設計中，熱測試的目的主要是為測試產品實際散熱表現是否能達到預期要求，檢驗產品散熱方案的合理性、評估產品工藝的可靠性。另外熱測試技術還可進行優化潛力與降成本方面的評估，測試產品在不同方案以及在不同環境下的實際表現, 結合其理論設計、仿真分析進行回歸，指導后續的散熱設計。

傳統的熱測試方法主要分為熱電偶的接觸式和紅外測溫法的非接觸式二種，以及較為準確的ETM電氣法測溫（JEDEC JESD51）。如今第三代熱測試技術為瞬態熱測試法（JESD51-14）也已問世。瞬態熱測試法能夠測量電子部件一次元散熱路徑的結殼熱阻，以及進行散熱路徑上的結構函數分析。

瞬態測試法可以通過測試獲得節溫，通過結構函數可以定性，以及定量的得到各個部位的熱阻值，可以評價不同的材料（ 例如Die Attach ）以及其接觸熱阻對芯片總體熱阻的影響。結構函數還能夠應用于材料熱導率的測試，如ASTM D5470（穩態法）和 ASTM E1461（瞬態法）以及ASTM D5470 測熱導率。

另外通過測試技術能夠得到準確的仿真參數（電子元器件熱阻、材料熱阻、各部分材料熱相關物性參數、封裝實際發熱面積、接觸熱阻），提供對原始模型仿真的數據支撐與對標，使仿真分析能夠最高效準確得在設計研發端發揮作用。

• 熱仿真技術

熱仿真技術是借助CFD技術分析虛擬物理樣機在工作環境中涉及到的電熱、傳導、對流、輻射、相變等傳熱現象進行仿真計算，對產品的散熱特性進行預測。熱仿真技術可應用于產品的不同階段：

(1)  設計、研發工作中能夠進行設計思路的快速驗證及優化。

(2)  在詳細設計階段樣品成型之前進行虛擬測試解決大多數問題，通過最大程度減少樣品測試時的試錯進行增效，幫助后期產品的優化，實現降本增效。

(3)  對產品運維階段暴露出來的問題可以進行失效原因探究與再現，從而改進設計，提升可靠性。

再結合先進的熱測試技術，獲得仿真分析所需的數據（產品結構的熱阻、發熱面積分布，功率以及材料系數測試等），可以為仿真提供更加精確的分析參數，精準地預測設備的散熱特性。

熱設計、熱仿真、熱測試工作貫穿產品的整個設計與研發周期，為研發設計構建更強的技術能力。

例如汽車尾燈產品的熱設計是為了使光學性能設計后排布的LED以及整體發熱元器件在能夠承受的溫度下穩定的工作、使塑料件低于形變溫度保持良好的光學特性。需要根據多方面因素對電阻、芯片的位置進行調整，確保原器件以及PCB走線布置與LED以及塑料件保持合理的位置關系，保證各自有合適的傳熱路徑。整個設計研發過程中結合仿真與測試進行數據的獲取、驗證，進而基于分析結果進行產品的優化。

本文作者：高征宇，安世亞太CFD高級工程師。 CFD及其傳熱學碩士，6年CFD 及其國內外電子產品熱仿真，咨詢經驗。