電子設備可靠性熱設計指南的案例
可靠性電子產品熱設計知識 附電子設備可靠性熱設計指南徐維新下載
熱設計是隨著通訊和信息技術產業的發展而出現的一個較新的行業，且越來越被重視。隨著通訊和信息產品性能的不斷提升和人們對于通訊和信息設備便攜化和微型化要求的不斷提升，信息設備的功耗不斷上升，而體積趨于減小，高熱流密度散熱需求越來越迫切 。
熱設計是采用適當可靠的方法控制產品內部所有電子元器件的溫度，使其在所處的工作環境條件下不超過穩定運行要求的最高溫度，以保證產品正常運行的安全性，長期運行的可靠性 。此外，低溫環境下控制加熱量而使設備啟動也是熱可靠性的重要內容。
一、電子產品熱設計的目的
電子產品在工作時會產生不同程度的熱能，尤其是一些功耗較大的元器件，如變壓器、大功率晶體管、電力電子器件、大規模集成電路、功率損耗大的電阻等，實際上它們是一個熱源，會使產品的溫度升高。在溫度發生變化時，幾乎所有的材料都會出現膨脹或收縮現象，這種膨脹或收縮會引起零件間的配合、密封及內部的應力問題。溫度不均引起的局部應力集中是有害的，金屬結構在加熱或冷卻循環作用下會產生應力，從而導致金屬因疲勞而毀壞。另外，對于電子產品而言，元器件都有一定的工作溫度范圍，如果超過其溫度極限，會引起電子產品工作狀態的改變，縮短使用壽命，甚至損壞，導致電子產品不能穩定、可靠地工作。
電子產品熱設計的主要目的就是通過合理的散熱設計，降低產品的工作溫度，控制電子產品內部所有元器件的溫度，使其在所處的工作環境溫度下，以不超過規定的最高允許溫度正常工作，避免高溫導致故障，從而提高產品的可靠性。
二、電子產品散熱系統簡介
熱傳遞的三種基本方式是傳導、對流和輻射，對應的散熱方式為：傳導散熱、對流散熱和輻射散熱。
展開 電子設備可靠性熱設計手冊-冷卻方式選擇
冷卻方式選擇 ￥50
[圖片]
電力電子器件可靠性之熱設計交流會
尊敬的女士/先生：
電子技術日新月異的發展對船舶、航空、航天、通信、汽車、軍工等各行業都產生了極其深遠的影響。在電子系統設計中我們需特別關注其可靠性，而在影響電子產品可靠性的幾個關鍵問題中，散熱問題最為核心。基于此，為幫助高校及國內科研單位提升電子產品熱設計水平，海基科技將聯合Mentor Graphics公司共同舉辦“電力電子器件可靠性之熱設計交流會”，本次活動于2016年5月27日在北京開幕，誠邀您參加。
本次活動中，您將有機會與多位散熱專家共同探討熱仿真、熱測試相關話題；了解半導體器件的熱瞬態測試方法、半導體器件的功率循環及壽命預測、電子器件進行計算模型的校準等相關技術；并有機會親自參觀體驗先進的半導體器件熱特性測試儀器T3Ster。
報名請點擊：https://jinshuju.net/f/FqmKbghttps://jinshuju.net/f/FqmKbg
專家介紹
Andras Vass-Varnai：布達佩斯技術與經濟大學電氣工程專業博士，2007年加入MicRed團隊，擔任歐盟資助的 NANOPACK 項目技術主管，開發出DynTIM產品。在工業級功率循環測試系統PWT1500A（Power Tester 1500A）的設計和推廣中有深刻研究。2015年榮升為高級產品經理負責熱測試的相關研究。他的主要研究領域包括電子設備的熱管理、熱瞬態測試的高級應用、TIM材料的屬性、高功率半導體器件的可靠性研究，在國際上發表相關文章30多篇。
許欽淳：博士，Mentor Graphics MAD（機械分析部）高級應用工程師，工作地點臺灣。2008年獲得臺灣淡江大學機械專業博士學位。研究方向為熱管理，擅長電子冷卻、熱管、兩相流和流體機械。在T3Ster熱瞬態測試設備和熱管理方面，擁有多年研究經驗。
展開 電子設備熱設計- 電子設備的組合傳熱模式
一、電子設備的組合傳熱模式
盡管我們已經詳細介紹了三種傳熱模式，但在實際工程中，我們通常會看到三種模式同時結合的情況。例如，在計算機芯片中，熱量以平行路徑從結傳導到外殼和引線。然后，熱量從引線傳導到電路板，并從外殼傳導到散熱器。同時，導線和散熱器中的熱量被對流到空氣中并輻射到周圍環境中。
如下圖所示三種模式下用于傳熱和熱阻的方程。
解決組合模式問題的最簡單方法是建立電阻網絡。通過這種方式，我們可以圖形化地檢查同時、并聯和串聯傳熱的每種模式的路徑。
當熱量通過單一材料的單個壁傳導時，熱傳導速率和熱梯度是恒定的。然而，當熱量在不同材料的串聯路徑中傳導時，每種材料的溫度梯度都不同。檢查三種材料串聯的復合墻，如下圖所示。
對于更常見的串聯和并聯熱流組合問題，如下圖所示，通過由串聯和并聯熱流路徑組成的壁的熱傳導，我們可以看到并聯材料的熱阻。
在涉及傳導和對流串聯傳熱模式的電子冷卻問題中，如下圖所示，電子模塊中的傳導和對流。硅芯片封裝在環氧泡沫絕緣體外殼中。大部分的熱傳遞是通過模具表面進行的。所以當我們知道熱耗率時，我們通常必須確定設備的溫度升高。
二、大功率IGBT模塊DBC襯底的熱仿真分析
IGBT功率模塊是電子產品的基礎部件之一，在工業電子升級過程中發揮著至關重要的作用。它被認為是電力電子行業的CPU。IGBT結合了GTR和功率MOSFET的優點。IGBT功率模塊是電力系統的核心部件，其性能對應用系統有著至關重要的影響。影響功率模塊性能和應用的因素包括：功率密度、功率損耗、運行速度、可靠性、使用壽命、體積、重量和成本等，主要取決于芯片技術和封裝理念、技術和制造工藝。
由于功率半導體器件處于工作狀態，芯片流過數百安培的電流。
展開 
熱管理解決方案 | 電子可靠性——多熱算過熱？
電源工程師如今可以使用比以往更強大的熱仿真工具，有限元分析和計算流體動力學甚至能夠為非常復雜的熱管理解決方案提供高精度的預測。
然而，這些新功能卻未解決最關鍵的問題：多熱算過熱？
電源是所有電子設備的核心。它通常需要在相對緊湊的空間中通過低成本來提供高功率和高電壓，為了滿足這些需求，電源設計人員必須充分發揮創意與技能。
但是創意需要依靠豐富的專業知識，電源設計尤為如此。為了解決電源噪聲、時序和效率要求，這全都離不開專業技術和經驗。遺憾的是，熱管理解決方案的反饋回路并非總是這樣直接。雖然令人驚嘆的強大熱工具可以非常準確地預測結溫、殼溫和環境溫度的分布情況，但是與了解具體的溫度相比，想要確定合適的溫度通常是一件更加困難的事情。
面臨風險的組件
降額方法一直是一種值得商榷的做法，但它在老式電子產品中有一定的合理性。因為一般固態機制通常需要幾十年甚至數百年，才會逐漸出現性能劣化、進而導致大量故障。降額策略更多關注的是功能（參數漂移等），其次才考慮可靠性。如今，可靠性問題已變得日益顯著，由于需要在更緊湊的空間內容納更多功能，如此精細的結構導致在幾年內或者甚至幾個月內就會發生性能劣化，即便設計人員遵守了傳統的降額方法也是如此。
展開 Sherlock掀電子設計與可靠性革命，為電子系統保駕護航
作為消費者，我們想要電子產品更加小巧、耐用，并能承受各種通常會對電氣組件造成嚴重破壞的狀況，如墜落、熱/冷、潮濕等。但是電子可靠性分析往往被忽略或放在產品設計流程的末端執行，而DfR Solutions的研發人員開發了Sherlock Automated Design Analysis?軟件，發揚了他們行業領先的電子可靠性與物理故障物理的專業技能。
Sherlock通過將電子可靠性分析授與設計人員，使得電子可靠性分析在設計流程的早期就開始執行，Sherlock可以提供完全經驗證且獨特的交鑰匙解決方案，用于分析各種電子系統和組件的物理故障，運用獨立驗證的算法，工程師能讓自己的產品經受虛擬恒溫、熱循環、功率-溫度循環、熱沖擊、隨機振動、諧波振動、機械沖擊和彎曲等測試，幫助確保可制造性并最大限度延長產品使用壽命，同時節省研發時間與成本。
DfR技術將如何賦能ANSYS現有產品組合
Sherlock完整的可靠性與自動化工作流解決方案由三階段構成。
第一階段，從電子設計軟件包（ECAD/EDA）輸入快速完整的數據。這個階段包括解析EDA文件并利用逾30萬個組件（部件、封裝、材料、焊點、層壓材料）構成的大型內部嵌入式部件庫快速生成FEA模型。
Sherlock覆蓋的器件庫
第二階段，Sherlock設置并開展各種分析，包括熱循環、機械沖擊、隨機振動和熱降額。Sherlock已經與ANSYS軟件以及其它CAE工具緊密集成，便于開展這些分析。
展開 FloTHERM在確保航空電子設備產品可靠性中的應用
FloTHERM在確保航空電子設備產品可靠性中的應用
一、設計挑戰
現代航空電子設備產品的功率與熱消耗量正日益增大，為確保該類設備產品的可靠性，設計出相應的冷卻系統已絕對成為當務之急。我們的首要設計目標是“重量最小化、空間最優化”，而熱管理是最為普遍的設計瓶頸。為了將可能導致失敗的因素減少到最低限度，無論何種情況，我們都避免使用散熱扇。因此，熱管理是設計最初階段最大的挑戰。
二、解決方案和益處
在制作成本高昂的樣機原型之前，Tecnobit公司的工程師采用FloTHERM進行穩態和瞬態熱流仿真并預測系統熱反應。這樣做的關鍵好處在于能節省大量時間與金錢，并且保證不會將時間浪費在創立不可實施的產品模型上。由于功能強大、便于使用，FloTHERM已經成功地在絕大多數熱電子工程師中樹立了良好的聲譽，成為Tecnobit的標準熱設計工具。此文中的插圖展示的是Tecnobit設計出的一種特殊機箱，該機箱能使航空電子設備產品被裝在一個縮減的空間內（最大尺寸約10公分）。該系統完全封閉，因此如何增強傳導、輻射以及與外層的自然對流使傳熱效率最大化就成為關鍵。就散熱方面而言，初步設計顯然不盡如人意。為強化電子元件與機箱壁之間的熱傳導，Tecnobit對機箱內部結構進行了改良。同時，為加強與外部環境的對流和輻射交換，Tecnobit還采用特殊的散熱片、噴沙處理和靜電噴涂技術改良機箱外層。所有的設計方案在無需建立樣機原的前提下進行評估，并且FloTHERM仿真技術能使我們在很短的時間內優化熱設計方案，并將元件交合點的溫度與初步設計相比降低40℃。
Tecombit航空電子設備機箱
三、客戶證言
“FloTHERM對我們極其重要，它幫助我們弄清楚、并優化在航空器內惡劣的條件下電子元器件與周邊環境間各種傳熱途徑和機制。
展開 電子設備熱設計(Thermal Design of Electronic Equipment)-7 熱設計與流體動力學
幾十年來，研究人員一直在考慮通過高速空氣噴射來冷卻熱電子設備的潛力。然而，噴射冷卻系統今天并沒有被廣泛使用。阻礙使用這些系統的兩個最大障礙是它們的復雜性和重量。空氣噴射系統必須由金屬制成，以便能夠處理空氣噴射相關的壓力。空氣處理系統可能很復雜，有許多離散的部件來管理氣流并將空氣引導到需要冷卻的熱點。
University of Illinois 研究人員已經證明了一種新型的空氣噴射冷卻器，它克服了以前噴射冷卻系統的障礙。利用增材制造，研究人員在單個部件中創建了一個空氣噴射冷卻系統，該系統可以將高速空氣引導到多個電子熱點上。研究人員用堅固的聚合物材料制造了冷卻系統，這種材料可以承受高速空氣噴射帶來的惡劣條件。
目前，大多數電動汽車都使用水平冷卻技術，但隨著功率密度的增加，這些冷卻方法將變得不足。由于熱性能的改善，液體射流沖擊是一種有吸引力的冷卻技術，已經進行了數值測試和實驗實現。盡管目前尚未在工業上實施，但研究表明，作為一種熱管理技術，它取得了非常有希望的結果。
下圖所示的是汽車電子設備使用射流沖擊部件和系統概述：（a） 噴射孔（b） 射流沖擊歧管（c） 增強型表面（d） 安裝在動力模塊上的射流沖擊歧管，（e） 射流沖擊功率模塊冷卻的真實實例（f） 車輛冷卻回路
射流沖擊設計、制造方法、功率模塊中的材料和有效冷卻表面積都對冷卻功率電子器件時的傳熱系數有影響。然而，射流沖擊已被證明可以將模具的最高溫度和模具之間的溫差保持在臨界值以下。在電力電子模塊的傳統射流沖擊設計之上，先進的射流沖擊技術可以應用于更高的傳熱率，包括噴射射流和合成射流。
電力電子設備的有效熱管理對于可靠性和提高功率密度至關重要。在隨著下一代電力電子設備實現寬帶隙器件，增加的熱通量將需要更先進的冷卻策略。
展開 8/4 Ansys電子產品熱可靠性分析解決方案
課程簡介：
根據權威機構統計, 電子產品的失效有55% 是跟溫度相關的, 因此熱可靠性分析對于電子產品來說至關重要. 如何準確地獲取溫度是熱可靠性分析的前提, Ansys Icepak 的多物理場解決方案具有獨特的優勢. 本文將介紹高頻, 低頻, SI, 電子封裝等電子產品行業內關心的熱技術痛點, 以及 Ansys Icepak 相關的解決方案。
講師簡介：
柴輝生，Ansys Icepak 高級應用工程師。2018年底加入Ansys公司，具有多年的電子產品熱仿真和熱設計工作經歷，涉及的產品包括逆變器、APF、SVF、電機控制器、鋰電池包、雷達、HUD (汽車抬頭顯示器)、電源模塊、通信機箱、交換機等。
點擊報名：http://event.31huiyi.com/1900573809/index?c=jishulink
展開 熱仿真嵌入式前置，從源頭提升熱設計可靠性（免費領視頻）
如何讓更多的設計工程師、結構工程師也運用CFD的工具，參與電子散熱仿真，從設計源頭就提升電子產品熱設計可靠性，已經是目前熱設計的一種趨勢。
科技發展的今天，電子設備已經應用到制造業的各個領域，從航天電子、船舶電子、汽車電子，到日常生活離不開的消費電子和家用電器等，同時電子產品日趨智能化、小型化，也更加復雜，特別是智能化和小型化的趨勢正在持續增加所有封裝級別的功率密度，從而帶來更加困難的電子散熱設計。有效散熱對于電子產品的穩定運行和長期可靠性而言至關重要，傳統上熱設計通常需要具備熱傳遞知識背景的熱專家團隊，在概念設計甚至結構設計完成以后對產品進行熱仿真分析或者熱測試來了解產品性能，對產品認知的滯后會帶來多次的設計迭代和時間成本，因此從設計源頭就提升電子產品熱設計可靠性勢在必行。
本次在線研討會，西門子將向您介紹如何利用嵌入在常規設計軟件中的CFD仿真工具Simcenter FloEFD，在完成概念設計或者詳細設計后，輕松對產品進行電子散熱仿真分析，通過直觀的溫度分布和流體流速流線后處理，快速指導產品結構設計，同時利用跟設計的無縫集成，快速實現設計的變更后，通過仿真的自動更新，加速仿真迭代，真正實現仿真指導設計創新。
展開 UniVista EDM Pro電子設計自動化檢查與評審解決方案：賦能高可靠性設計流程的專業工具
引言：
UniVista EDMPro是一款融合電子系統研制流程、技術與管理實踐的差異化一站式電子設計數據管理平臺及應用解決方案。
多層次復合性管理、設計研發協同、可靠性與質量保障、知識管理是保證研發管理的關鍵需求；提升產品差異化能力、縮短上市周期、降低產品成本，是保持企業競爭力的基礎和核心。
EDMPro包含四款核心產品RMS（資源庫管理系統）、EDMS（電子設計過程管理與質量評審系統）、ERC（電子設計檢查工具）和PDMCon（PDM/PLM系統集成方案），覆蓋資源管理（RM）、知識管理（KM）、數據協同（DC）、過程協同（PC）、系統協同（SC）以及工程協同（EC）等領域。
一、技術架構：多模塊協同的智能化管理平臺
UniVista EDMPro以“技術之上，管理先行”為核心理念，整合資源管理（RMS）、設計檢查（ERC）、質量評審（ERS）及系統集成（PDMCon）四大模塊，形成閉環式電子設計數據管理生態。其中，ERC與ERS作為質量管控的核心引擎，通過以下技術架構實現高效協同：
1、ERC電子設計自動檢查系統
多線程并行檢查引擎：支持單設計啟動100個檢查線程，硬件資源充足時效率提升10-20倍。例如，在7nm工藝芯片設計中，ERC可同步執行DRC（設計規則檢查）、LVS（版圖與電路圖一致性檢查）及電氣規則驗證，將傳統數周的檢查周期壓縮至48小時內。
動態規則庫構建：提供基于設計對象的自定義規則管理模塊，支持將PCB布局規范、DFM（可制造性設計）規則等轉化為可執行腳本。某頭部通信企業通過ERC規則庫，將高速信號完整性檢查項從120項擴展至380項，誤檢率降低至0.3%。
展開 
電子產品可靠性仿真 (ECAD數據直接讀取、跌落、熱、密封、斷裂等)
培訓時間：
2016年6月7日
14:00 - 15:00
電路的集成規模越來越大，I/O數越來越多，使得PCB互連密度不斷加大，隨之帶來許多PCB可靠性問題。ANSYS 17.0版本集成針對PCB的Trace Mapping強大功能，可以快速從EACD中直接導入PCB熱物參數，從而能在Mechanical中進行準確的PCB板熱力、疲勞、隨機振動、跌落等可靠性問題的仿真。本此網絡培訓將介紹Trace Mapping功能，并演示ANSYS解決PCB板可靠性問題的案例。
報名方式
PC端報名：
在瀏覽器中輸入
http://www.ansys.com/zh-cn/About-ANSYS/Events
在選擇您需要參加的網絡培訓即可
微信端一鍵報名：
微信已綁定微信的用戶一鍵報名：
打開ANSYS公眾號，點擊下面的菜單：
“最新活動“點擊“活動報名”，選擇活動參加報名即可。
未綁定微信用戶的報名方式：
1).關注ANSYS官方微信
2).點擊進入到ANSYS微信，點擊“咨詢反饋”-“注冊綁定”
3).點擊”最新活動“-“網絡培訓”，選擇活動參加報名即可。
展開 【Ansys線上直播回看】Ansys電子產品熱可靠性分析解決方案
『點擊觀看直播回放』
根據權威機構統計，電子產品的失效有55% 是跟溫度相關的，因此熱可靠性分析對于電子產品來說至關重要。如何準確地獲取溫度是熱可靠性分析的前提，Ansys Icepak 的多物理場解決方案具有獨特的優勢。
此次網絡直播吸引了眾多觀眾在線觀看，在會后我們也陸續收到在線觀眾以及其他用戶前來詢問，在此附上本場網絡直播錄播內容，供大家回看學習。
▼▼▼2020 Ansys網絡研討會有獎反饋 - 可免費獲取本場錄播和講解資料，參與者均可獲得千元培訓券及技術鄰金幣獎勵！
▼▼▼“更多Ansys近期專題研討會” - 歡迎掃碼報名參加！
『或點擊此處進入報名通道』
立即提交作品參加Ansys“仿真的藝術”圖片作品大賽
為紀念公司成立50周年，Ansys于近期推出全新“仿真的藝術”圖片作品大賽，讓您有機會充分發揮自身超強的建模能力，開展巧奪天工的設計，并展示您精彩的作品。歡迎提交采用Ansys仿真解決方案制作的設計作品，可選擇的參賽仿真設計主題有16類，涵蓋主要物理領域和新興技術。
『或點擊此處進入報名通道』
展開 電子降額在電路設計與可靠性預計中的應用
來源：可靠性工程師 作者：金君
航天器熱控系統的可靠性設計與分析
針對國內外航天器熱控制、熱管理技術的發展現狀,在詳細調研各種航天器熱控系統組成原理與功能實現方式的基礎上,從可靠性的角度出發,歸納、總結了航天器熱控系統中串聯、并聯、表決、儲備四種常見的可靠性設計模式及其相應的可靠性分析計算模型,介紹了其在空間站、月球探測
航天器熱控系統的可靠性設計與分析.pdf
