電子設備熱設計的案例
未來十年電力電子設備熱設計技術漫談
未來十年電力電子設備熱設計技術方向：選擇導熱系數大、熱容更大的新材料或多種材料和技術的綜合應用。
2D熱管、3D熱管肯定有一席之地，石墨烯材料已經在廣泛應用于消費型電子產品，比如：手機、電視、電腦之中，液態金屬在減小界面熱阻場合應用前景廣闊，間接的水冷和直接浸沒式的油冷也將登上歷史舞臺的C位。
【12月14-16日 上海】ANSYS Icepak電力電子電信設備熱設計熱仿真專題培訓
各企事業單位：
ANSYS Icepak經過多年的發展，作為業界技術最完備的電子散熱仿真分析軟件，可以幫助工程師完成各種三維流體/熱分析，在通訊、消費電子、汽車電子、電力、家電等領域得到了廣泛的應用，已經成為電子散熱仿真領域最主要的工具之一。
ANSYS Icepak先進的模型與網格處理技術，可以求解幾何高度復雜的電子散熱結構；借助于高度自動化的ECAD數據導入實現微觀電子結構的詳細建模，輔以種高級流動/傳熱模型可以幫助用戶獲得精確的結果；完全自動的熱/結構/電磁耦合方案將復雜的電子多物理問題統一在一起求解，除了幫助用戶獲得更為準確的計算結果，還可以幫助用戶東西多物理場之間復雜的相互影響。
為了應對日新月異的電子散熱仿真需求，提升相關科技工作者的技術水平，同時也讓廣大散熱設計工程師更好的使用軟件，普及ANSYS軟件高級功能， 技術鄰特舉辦《ANSYS Icepak電力電子電信設備熱設計熱仿真專題培訓》，具體內容如下：
一、培訓目標
（一）、理解傳熱學、流體力學基礎原理；
（二）、掌握ANSYS Icepak軟件的使用功能和操作流程；
（三）、掌握電力電子電信設備的熱分析方法和技巧；
（四）、掌握電力電子電信設備優化熱設計方法；
二、講師簡介
趙老師，技術鄰特邀專家，20余年產品結構設計經驗，15年熱設計經驗，6年力學仿真經驗，獲得多項發明專利， 多個案例由ANSYS官方收錄。包括消費電子、通訊產品、電腦產品、電力電子產品的機械設計、熱設計和力學仿真。善于綜合考慮制造組裝工藝(DFMA)、成本優化、電氣絕緣、安規、散熱、力學強度和EMC。
展開 【12月14-16日 上海】ANSYS Icepak電力電子電信設備熱設計熱仿真專題培訓
各企事業單位：
ANSYS Icepak經過多年的發展，作為業界技術最完備的電子散熱仿真分析軟件，可以幫助工程師完成各種三維流體/熱分析，在通訊、消費電子、汽車電子、電力、家電等領域得到了廣泛的應用，已經成為電子散熱仿真領域最主要的工具之一。
ANSYS Icepak先進的模型與網格處理技術，可以求解幾何高度復雜的電子散熱結構；借助于高度自動化的ECAD數據導入實現微觀電子結構的詳細建模，輔以種高級流動/傳熱模型可以幫助用戶獲得精確的結果；完全自動的熱/結構/電磁耦合方案將復雜的電子多物理問題統一在一起求解，除了幫助用戶獲得更為準確的計算結果，還可以幫助用戶東西多物理場之間復雜的相互影響。
為了應對日新月異的電子散熱仿真需求，提升相關科技工作者的技術水平，同時也讓廣大散熱設計工程師更好的使用軟件，普及ANSYS軟件高級功能， 技術鄰特舉辦《ANSYS Icepak電力電子電信設備熱設計熱仿真專題培訓》，具體內容如下：
一、培訓目標
（一）、理解傳熱學、流體力學基礎原理；
（二）、掌握ANSYS Icepak軟件的使用功能和操作流程；
（三）、掌握電力電子電信設備的熱分析方法和技巧；
（四）、掌握電力電子電信設備優化熱設計方法；
二、講師簡介
趙老師，技術鄰特邀專家，20余年產品結構設計經驗，15年熱設計經驗，6年力學仿真經驗，獲得多項發明專利， 多個案例由ANSYS官方收錄。包括消費電子、通訊產品、電腦產品、電力電子產品的機械設計、熱設計和力學仿真。善于綜合考慮制造組裝工藝(DFMA)、成本優化、電氣絕緣、安規、散熱、力學強度和EMC。
展開 【12月14-16日 上海】ANSYS Icepak電力電子電信設備熱設計熱仿真專題培訓
各企事業單位：
ANSYS Icepak經過多年的發展，作為業界技術最完備的電子散熱仿真分析軟件，可以幫助工程師完成各種三維流體/熱分析，在通訊、消費電子、汽車電子、電力、家電等領域得到了廣泛的應用，已經成為電子散熱仿真領域最主要的工具之一。
ANSYS Icepak先進的模型與網格處理技術，可以求解幾何高度復雜的電子散熱結構；借助于高度自動化的ECAD數據導入實現微觀電子結構的詳細建模，輔以種高級流動/傳熱模型可以幫助用戶獲得精確的結果；完全自動的熱/結構/電磁耦合方案將復雜的電子多物理問題統一在一起求解，除了幫助用戶獲得更為準確的計算結果，還可以幫助用戶東西多物理場之間復雜的相互影響。
為了應對日新月異的電子散熱仿真需求，提升相關科技工作者的技術水平，同時也讓廣大散熱設計工程師更好的使用軟件，普及ANSYS軟件高級功能， 技術鄰特舉辦《ANSYS Icepak電力電子電信設備熱設計熱仿真專題培訓》，具體內容如下：
一、培訓目標
（一）、理解傳熱學、流體力學基礎原理；
（二）、掌握ANSYS Icepak軟件的使用功能和操作流程；
（三）、掌握電力電子電信設備的熱分析方法和技巧；
（四）、掌握電力電子電信設備優化熱設計方法；
二、講師簡介
趙老師，技術鄰特邀專家，20余年產品結構設計經驗，15年熱設計經驗，6年力學仿真經驗，獲得多項發明專利， 多個案例由ANSYS官方收錄。包括消費電子、通訊產品、電腦產品、電力電子產品的機械設計、熱設計和力學仿真。善于綜合考慮制造組裝工藝(DFMA)、成本優化、電氣絕緣、安規、散熱、力學強度和EMC。
展開 
【12月14-16日 上海】ANSYS Icepak電力電子電信設備熱設計熱仿真專題培訓
各企事業單位：
ANSYS Icepak經過多年的發展，作為業界技術最完備的電子散熱仿真分析軟件，可以幫助工程師完成各種三維流體/熱分析，在通訊、消費電子、汽車電子、電力、家電等領域得到了廣泛的應用，已經成為電子散熱仿真領域最主要的工具之一。
ANSYS Icepak先進的模型與網格處理技術，可以求解幾何高度復雜的電子散熱結構；借助于高度自動化的ECAD數據導入實現微觀電子結構的詳細建模，輔以種高級流動/傳熱模型可以幫助用戶獲得精確的結果；完全自動的熱/結構/電磁耦合方案將復雜的電子多物理問題統一在一起求解，除了幫助用戶獲得更為準確的計算結果，還可以幫助用戶東西多物理場之間復雜的相互影響。
為了應對日新月異的電子散熱仿真需求，提升相關科技工作者的技術水平，同時也讓廣大散熱設計工程師更好的使用軟件，普及ANSYS軟件高級功能， 技術鄰特舉辦《ANSYS Icepak電力電子電信設備熱設計熱仿真專題培訓》，具體內容如下：
一、培訓目標
（一）、理解傳熱學、流體力學基礎原理；
（二）、掌握ANSYS Icepak軟件的使用功能和操作流程；
（三）、掌握電力電子電信設備的熱分析方法和技巧；
（四）、掌握電力電子電信設備優化熱設計方法；
二、講師簡介
趙老師，技術鄰特邀專家，20余年產品結構設計經驗，15年熱設計經驗，6年力學仿真經驗，獲得多項發明專利， 多個案例由ANSYS官方收錄。包括消費電子、通訊產品、電腦產品、電力電子產品的機械設計、熱設計和力學仿真。善于綜合考慮制造組裝工藝(DFMA)、成本優化、電氣絕緣、安規、散熱、力學強度和EMC。
展開 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 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 【產品設計】電子設備中該如何選取散熱風扇的參數？這篇絕對是干貨！
1 引言
隨著電子技術的飛速發展，當今的電子設備如不考慮熱設計，通常會產生過熱現象。強迫空氣冷卻作為比較經濟、方便的冷卻手段在電子設備熱設計中得到了普遍應用。而運用強迫空氣冷卻電子設備的首要任務是選擇合適的風扇來提供足夠的冷卻空氣。
用于電子設備冷卻的風扇有各種類型，如槳式風扇、管狀軸流風扇、葉翼軸式風扇以及離心式鼓風機等。槳式風扇是最簡單的風扇。管狀軸流風扇比較常見，尺寸種類較多并且價格不高，這種風扇通常用在要求噪音低、壽命長及成本低的場合。
葉翼軸式風扇旋轉速度高，噪音高，這種風扇通常用于冷卻熱密度高、又必須工作在惡劣熱環境和振動環境的電子設備。
離心式風扇能提供高的靜壓，但一般噪音較大。在選擇風扇時首先要根據尺寸、風向、噪音以及各種風扇的特點確定風扇的種類。
2 風扇曲線
風扇的所有空氣動力學特性可以用圖1的風扇特性曲線描述。
從曲線的右邊向左看，風扇從正常工作狀態到因動力不足而滯止。在這一過程中的風扇仍傳輸空氣，但靜壓上升的同時體積流量減小，噪音增大。
從能量的觀點有助于理解風扇的特性曲線。在滯止點，風扇的勢能最大。在自由輸氣狀態，風扇的動能最大，因此流量最大。
風扇選擇的原則是在一個特定的系統中，給定的風扇只可能在一定壓力下提供一定流量。這一工作點決定于風扇的特性曲線和系統流量、壓力曲線的交點。
圖1分別列出了高、低系統阻力的工作點。選擇的風扇最好工作在高的流量、低的壓力以保持馬達的效率避免失速。每個強迫空氣冷卻的電子設備都要設法減小空氣流動的系統阻力。
展開 電子設備熱設計方法概要介紹
眾所周知，電子設備散熱設計方法主要是數值分析和實驗驗證。包括熱傳遞相關性，網絡建模（FNM）和計算流體動力學（CFD）技術以及實驗測量。這種方法的主要應用各種設計工具，每種工具都在產品設計周期的最佳點使用。因此，在設計的最初階段，速度至關重要時，可以大大減少分析時間，而在準確性和細節上可以做出犧牲。當設計確定后，變更較少且目標是優化/驗證時，在開發周期的后期進行詳細分析，以提供更高的準確性。通過這種方式，可以在整個產品設計周期中系統地降低熱風險。
展開 電子設備熱設計(Thermal Design of Electronic Equipment)-9
一、輻射換熱
熱設計工程師通常不關心電子元件和外殼的輻射換熱。
影響輻射換熱的三個因素是物體與其周圍環境之間的溫差、物體與其周圍的表面特征以及物體對周圍環境的狀態。
首先，溫度差是設備外殼和外部機箱之間的差值，或者外部機箱和房間墻壁之間的差值。由于輻射熱傳遞是基于這種溫差的，當組件與其周圍環境之間的差值變得足夠高，輻射散熱就變得足夠重要了，此時設備很可能已經超過了其最高結溫。但在室溫下，輻射換熱還不到空氣中對流換熱所能傳遞熱量的10%。
其次，覆蓋設備或機箱的表面特性是另一個重要變量。電子產品中使用的材料通常對輻射是不透明的。但在用于電子器件的溫度范圍內，表面的顏色不會影響輻射發射率。
最后是視圖因子。這是離開一個表面并被另一個表面攔截的輻射的分數。對于較大球體內的球體，這可能高達1.0，或者非常低，例如兩個角度接近180°的板。代數方程可以計算視圖因子，不過這通常需要在計算機的幫助下完成。
盡管在電子封裝時通常不考慮輻射，但封裝可能會通過靠近高溫源來吸收輻射熱。這種情況可能發生在汽車的發動機艙中，其中電子模塊暴露在熱發動機部件和排氣歧管的輻射熱中。雖然物體的顏色在輻射冷卻中并不重要，但當物體可以從寬帶輻射源吸收熱能時，顏色就很重要了，尤其是當我們將電子封裝暴露在陽光下時。
二、自然對流和輻射換熱條件下的電子散熱器
半導體技術的快速發展已經導致微電子器件的散熱增加。被動冷卻是電子和電力電子設備的廣泛首選方法，因為它是一種價格低廉、安靜且無故障的解決方案。空氣冷卻被認為是電子封裝熱設計中的一項重要技術，因為在成本、空間和重量限制下，使用翅片來增強空氣冷卻是最簡單有效的散熱器結構。因此，開發一種系統的空氣冷卻散熱器設計方法對于滿足當前的熱需求和未來電子元件的高溫具有非常重要的意義。
展開 
電子設備熱設計開發閉環流程示圖
熱設計開發閉環流程涉及結構、硬件、PCB、測試和熱設計等領域，與熱設計彼此之間都有信息的交互，使得熱設計開發流程形成一個完整的閉環，有利于各個領域的提高和技術積累，上圖共大家參考。
【6月27日-30日 南京】ANSYS Icepak電子設備熱設計熱仿真高級工程應用專題
一、給方法解決以下關鍵問題：
1、仿真分析結果主要在于經驗積累，12年以上工程應用專家帶你答疑解惑
2、有效掌握Icepak工程應用技巧+實操模型訓練
3、所有實例緊緊Icepak工程應用為核心目標，進行實操模擬訓練
二、14個實例模型貼近工程實戰操作：
案例01：機箱冷卻仿真計算案例
案例02：LED自然冷卻計算
案例03：Icepak自建模案例案例
案例04：導入外部CAD模型
案例05：導入外部EAD模型案例
案例06：風冷機箱網格劃分
案例07：液冷冷板網格劃分案例
案例08：熱管網格劃分
案例09：外太空環境熱仿真計算案例
案例10：PCB板散熱仿真計算
案例11：Icepak-Mechanical熱-結構耦合計算案例
案例12：Icepak機箱散熱優化設計
案例13：風機仿真計算案例
案例14：電動汽車電池包熱流計算
三、與同行差異化、效果保證：
1、實戰：專注CAE仿真計算12年，有自己的超算中心，積累了大量的項目工程案例
2、原理：帶領學員訓練實操過程中，注重步驟和設置原理
3、系統：7600+學員反饋、工程實例更新與精選，形成系統的版權知識體系
4、響應：自主師資與合伙人模式，可直接對接客戶問題，即時做出響應
5、效果：所有學員提供高配筆記本、工程模型、電子資料、操作軟件 操作反饋與指導
四、增值服務
持本人學生證或教師證享有9折優惠；一個單位同時報名2人享有9折優惠； 一個單位同時報名3人以上（含）享有8.5折優惠。
展開 電子設備熱設計(Thermal Design of Electronic Equipment)-10 相變傳熱與導彈導引頭散熱
內外部的相互作用使彈載導引頭面臨著非常復雜的熱環境，其熱可靠性逐漸成為影響導引頭性能的重要因素。仿真計算模型如下圖所示。
熱量通過熱傳導從連接環傳遞到框架底部，來自頻率合成器、電源和信號處理器的熱量傳遞到框架外圍。功率放大器模塊產生的熱量被下面的相變散熱器吸收。內部和外部的熱量相互耦合，最終完成了電子艙的散熱過程。
根據連接環處隔熱性能的不同，選擇兩組典型曲線作為系統的輸入條件，如下圖所示。
不考慮相變散熱器和電子艙內部熱源的影響，輸入和輸出如下圖所示。
加強型隔熱曲線下框架內部線的溫差為13.6°C，而普通曲線的溫度為19.4°C。因此，框架不同位置的溫度梯度是明顯的，并且隨著熱量的增加，溫度梯度會變得更大。對于安裝在框架上的模塊，需要考慮不同位置之間的溫差，并做出合理的分布。
仿真計算時變溫度邊界條件對相變散熱器的影響，無論電子艙中熱源的影響如何，都使用增強的隔熱曲線作為輸入。相變散熱器在不同時間的溫度分布如下圖所示。隨著框架溫度的不斷升高，散熱器在350秒時發生了相變，底部的四個角在400秒時完全熔化。由于頂部表面沒有熱源，熱量只能從底部向頂部傳導，因此頂部表面的溫度分布相對均勻。在400s內，頂面基本保持在相變溫度，這對安裝在其上的功率放大器模塊起到了一定的隔熱作用。從上面的分析來看，即使沒有內部熱源，相變散熱器在外部氣動熱的傳導下也會釋放出一部分潛熱。
綜上所述，在氣動熱的影響下，連接框架的溫度呈現出明顯的梯度分布。框架上中心線的溫差可以達到19.4°C。在增強連接環處的隔熱性能后，內壁的溫度降低了約21°C。由于框架的溫度不均勻，局部溫度會高于相變材料的熔化溫度，并會損失一些潛熱，熱設計中應考慮該部分的消耗量。
文章來源CAE工程師筆記
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]
