《電子技術(shù)應(yīng)用》
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工程熱設(shè)計注意事項解讀
摘要: 在調(diào)試或維修電路的時候,我們常提到一個詞“××燒了”,這個××有時是電阻、有時是保險絲、有時是芯片,可能很少有人會追究這個詞的用法,為什么不是用“壞”而是用“燒”?其原因就是在機(jī)電產(chǎn)品中,熱失效是最常見的一種失效模式,電流過載,局部空間內(nèi)短時間內(nèi)通過較大的電流,會轉(zhuǎn)化成熱,熱聚。集不易散掉,導(dǎo)致局部溫度快速升高,過高的溫度會燒毀導(dǎo)電銅皮、導(dǎo)線和器件本身。
Abstract:
Key words :

在調(diào)試或維修電路的時候,我們常提到一個詞“××燒了”,這個××有時是電阻、有時是保險絲、有時是芯片,可能很少有人會追究這個詞的用法,為什么不是用“壞”而是用“燒”?其原因就是在機(jī)電產(chǎn)品中,熱失效是最常見的一種失效模式,電流過載,局部空間內(nèi)短時間內(nèi)通過較大的電流,會轉(zhuǎn)化成熱,熱聚。集不易散掉,導(dǎo)致局部溫度快速升高,過高的溫度會燒毀導(dǎo)電銅皮、導(dǎo)線和器件本身。所以電失效的很大一部分是熱失效。

  那么問一個問題,如果假設(shè)電流過載嚴(yán)重,但該部位散熱極好,能把溫升控制在很低的范圍內(nèi),是不是器件就不會失效了呢?答案為“是”。

  由此可見,如果想把產(chǎn)品的可靠性做高,一方面使設(shè)備和零部件的耐高溫特性提高,能承受較大的熱應(yīng)力(因為環(huán)境溫度或過載等引起均可);另一方面是加強(qiáng)散熱,使環(huán)境溫度和過載引起的熱量全部散掉,產(chǎn)品可靠性一樣可以提高。下面介紹下熱設(shè)計的常規(guī)方法。

  我們機(jī)電設(shè)備常見的是散熱方式是散熱片和風(fēng)扇兩種散熱方式,有時散熱的程度不夠,有時又過度散熱了,那么何時應(yīng)該散熱,哪種方式散熱最合適呢?這可以依據(jù)熱流密度來評估,熱流密度=熱量 / 熱通道面積。

  按照《GJB/Z27-92電子設(shè)備可靠性熱設(shè)計手冊》的規(guī)定(如圖1),根據(jù)可接受的溫升的要求和計算出的熱流密度,得出可接受的散熱方法。如溫升 40℃(縱軸),熱流密度0.04W/cm2(橫軸),按下圖找到交叉點,落在自然冷卻區(qū)內(nèi),得出自然對流和輻射即可滿足設(shè)計要求。

圖1 冷卻的方法

  大部分熱設(shè)計適用于上面這個圖表,因為基本上散熱都是通過面散熱。但對于密封設(shè)備,則應(yīng)該用體積功率密度來估算,熱功率密度=熱量 / 體積。下圖(圖2)是溫升要求不超過40℃時,不同體積功率密度所對應(yīng)的散熱方式。比如某電源調(diào)整芯片,熱耗為0.01W,體積為0.125cm3,體積功率密度=0.1/0.125=0.08W/cm3,查下圖得出金屬傳導(dǎo)冷卻可滿足要求。

圖2 溫升要求不超過40℃時,不同體積功率密度所對應(yīng)的散熱方式

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