2001年10月電子產(chǎn)最可靠性與環(huán)境試驗(yàn)0ct.200I第5期ELECTRONIC PRODUCT RELIABIUTY AND ENIRONMENTAL TESTINGNo 5加強(qiáng)電子產(chǎn)品熱設(shè)計(jì)、熱分析能力建設(shè)廖(信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所,廣東廣州510610)摘要:論述了加強(qiáng)電子產(chǎn)品熱設(shè)計(jì)的意義,介紹了國內(nèi)熱設(shè)計(jì)水平現(xiàn)狀和信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所目前所進(jìn)行的前導(dǎo)性工作,提出了熱分析能力建設(shè)的工程實(shí)施途徑。關(guān)鍵詞:產(chǎn)品溫升;熱設(shè)計(jì);熱分析中圖分類號:TNa3文獻(xiàn)標(biāo)識碼:AThermal Design and Analysis of Electronics ProductsLIAO Xiao-xiong(GEPREI, Guangzhou 510610, China)Abstract: The importance of thermal design of electronic productswas discussed, the situation oftechnique and achievements CEPREI had was introduced, andengineerngtechuique of thermal analysis design and assessment was presentedKeywords: temperature increasing: - thenmal design; thermal analysis1概述大降低。近年來,隨著大規(guī)模集成電路的使用,使電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)朝著超小型熱環(huán)境應(yīng)力是艦載、機(jī)載、艙內(nèi)、戶組裝方向發(fā)展,對電子系統(tǒng)熱設(shè)計(jì)的要求外等大型電子系統(tǒng)的一種重要工作應(yīng)力也越來越高,特別是用在特殊工作環(huán)境條統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明,70%的電子設(shè)備失效與過件下的電子產(chǎn)品,結(jié)構(gòu)上的熱環(huán)境防護(hù)設(shè)高的熱環(huán)境應(yīng)力有關(guān)。較嚴(yán)酷的熱環(huán)境應(yīng)計(jì)顯得特別重要。如相控陣技術(shù)是現(xiàn)代雷力對大多數(shù)電子設(shè)備的正常工作產(chǎn)生嚴(yán)重達(dá)中的新型技術(shù),隨著相控陣技術(shù)的成熟的影響,導(dǎo)致電子元器件加速失效,從而和深入發(fā)展,越來越多的雷達(dá)都在采用相引起整個(gè)設(shè)備的失效。由高溫誘發(fā)的電應(yīng)控陣天線,這勢必造成雷達(dá)天線陣內(nèi)電子力失效、腐蝕失效也會(huì)大大減少電子元器設(shè)備量的密集化程度不斷提高,熱壓力嚴(yán)件的工作壽命。溫度太低也會(huì)引起電子元酷。戶外工作時(shí)強(qiáng)烈的太陽輻射造成的附器件的機(jī)械失效,同時(shí)導(dǎo)致元器件內(nèi)部的加溫升使熱應(yīng)力加劇,天線陣內(nèi)電子設(shè)備微量水汽凝露,使電子設(shè)備工作可靠性大的可靠性和天線使用壽命會(huì)受影響。因收稿日期:2001-07-08作者簡介:廖小雄(1963-),男,江西石城人,碩士,信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所高級工程師,從事微機(jī)應(yīng)用環(huán)境試驗(yàn)技術(shù)、熱設(shè)計(jì)、應(yīng)用統(tǒng)計(jì)數(shù)學(xué)的研究工作。中國煤化工CNMHG第5期小雄:加強(qiáng)電子產(chǎn)品熱設(shè)計(jì)、熱分析能力建設(shè)在相控陣?yán)走_(dá)方案論證時(shí)對天線陣進(jìn)定,從而把以往熱設(shè)計(jì)和熱評定的獨(dú)立的行較為細(xì)致的散熱設(shè)計(jì)顯得尤為重要。在工程實(shí)施步驟歸結(jié)為有效迅速的計(jì)算機(jī)熱某新型遠(yuǎn)程導(dǎo)彈的平臺(tái)設(shè)計(jì)中,電子箱采設(shè)計(jì)評定。這不僅為以后的產(chǎn)品熱評定工用了大量的新型集成電路,雖然當(dāng)初電子作提出了快捷有效的實(shí)施辦法,使非熱測箱設(shè)計(jì)時(shí)考慮到了可靠性指標(biāo),但由于經(jīng)試評定工程師也能在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段清楚地驗(yàn)不足,忽略了熱設(shè)計(jì),首輪設(shè)計(jì)時(shí),熱了解產(chǎn)品的熱性能,另一方面也完全順應(yīng)設(shè)計(jì)處理得不好,使電子箱中半導(dǎo)體器件了評定工作與設(shè)計(jì)測試相結(jié)合、可靠性工溫度過高,此時(shí)不得不要求配套單位提高作融會(huì)于產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段的發(fā)展趨勢。半導(dǎo)體器件規(guī)格水平,重新設(shè)計(jì)電子箱該中心的科研人員還提出了軍用電子信息處理箱是艦船電子設(shè)備中的重要部設(shè)備熱評價(jià)應(yīng)包括熱設(shè)計(jì)—一熱評定分,工作在環(huán)境惡劣的艦艙內(nèi)。例如,南熱測試一一熱試驗(yàn)的循環(huán)式評價(jià)階段程序海上的大氣溫度可超過40℃,艙內(nèi)與外界而這種循環(huán)模式應(yīng)以計(jì)算機(jī)熱測試熱評定的溫差為5℃-8℃,艦艙內(nèi)的溫度有時(shí)技術(shù)為核心技術(shù)手段在每一評價(jià)階段都依大于50℃,對這種工作環(huán)境下的系統(tǒng)進(jìn)行據(jù)設(shè)備類型使用環(huán)境的可靠性或環(huán)境試驗(yàn)熱設(shè)計(jì),選擇應(yīng)用合理有效的散熱措施,標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評價(jià)的觀點(diǎn)。這是對常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)中熱使設(shè)備工作在規(guī)定的溫度范圍內(nèi),將大大設(shè)計(jì)、熱分析熱評價(jià)單程模式的突破。提高設(shè)備的環(huán)境適應(yīng)性。高原環(huán)境下作戰(zhàn)在幾年的科研實(shí)踐中,該中心科研人員使用的電子類裝備,這些產(chǎn)品在運(yùn)行時(shí)消建立了適用各種電子設(shè)備類型、各種應(yīng)用環(huán)耗的一部份電能變?yōu)闊崮?尤其是近年電塘研究的計(jì)算機(jī)熱評定一體化模型和設(shè)計(jì)子裝備體積趨于小型化,電路密集度增方法,運(yùn)用這種棋型方法,進(jìn)行了X型號加,內(nèi)部熱環(huán)境惡化,溫升嚴(yán)重。高原地的DC-DC變換器XX型號的H13條寬區(qū)氣壓遠(yuǎn)低于平原地區(qū),大氣壓的降低會(huì)功率放大器、軍用加固計(jì)算機(jī)、“XXX”工程導(dǎo)致空氣導(dǎo)熱系數(shù)降低,而內(nèi)部溫升降隨低溫試驗(yàn)箱、封裝芯片計(jì)算機(jī)熱分析等重點(diǎn)大氣壓的降低而增加。據(jù)統(tǒng)計(jì),設(shè)備溫升工程型號的熱評定工程實(shí)例研究探討了不遞增率約0.4℃/100m(高溫?zé)嵩０误{度對串子設(shè)備的熱影晌,取得了良外)。即隨海拔高度增加裝備電性能下好的社會(huì)效益。結(jié)果證明,這種模型方法適降,且表現(xiàn)為運(yùn)行不穩(wěn)。在更高的軌道高用于從芯片級、電路板緩、機(jī)箱級到系統(tǒng)級度,如近視空間環(huán)境,空間環(huán)塘為高真電子設(shè)備,從室內(nèi)室鳙太陽輻射、水下浸空,航天器在軌道航行時(shí),電子設(shè)備將處泡、高海拔地區(qū)到各種航空飛行高度的工作于零重力環(huán)境,對流換熱將不存在,熱傳環(huán)境,從電子材料、電子設(shè)備、計(jì)算機(jī)類、雷導(dǎo)和熱輻射起主要影響。近年來不同高度達(dá)天線到環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備的各種產(chǎn)品和設(shè)備環(huán)境下電子設(shè)備的熱設(shè)計(jì)和分析技術(shù)與計(jì)(見圖1~4)。算機(jī)熱分析技術(shù)相互結(jié)合,已成為新的研究熱點(diǎn)。2熱設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展和技術(shù)成果信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所環(huán)境中心在應(yīng)用計(jì)算機(jī)數(shù)值傳熱分析技術(shù)于熱設(shè)計(jì)評定技術(shù)方面取得重大技術(shù)突破。利用計(jì)算機(jī)數(shù)值傳熱分析技術(shù)(CFD),結(jié)合精密熱測試技術(shù)和熱設(shè)計(jì)評價(jià)的規(guī)范和準(zhǔn)則,成功地對工作在不同環(huán)境下的電子備和產(chǎn)品作了快速方便的熱性能狀態(tài)評圖1芯片熱分析結(jié)果中國煤化工CNMHG電子產(chǎn)品可靠性與環(huán)境試驗(yàn)2001年了90年代先進(jìn)水平的I-Deas7.0、Flotherm2.5、P/E2000、 Solid Works4.0等大型結(jié)構(gòu)CAD、熱分析熱設(shè)計(jì)軟件,完成了一個(gè)電子行業(yè)熱分析、熱評定和熱測試基地所需的技術(shù)條件。該中心還將與軍品廠所開展合作,進(jìn)一步探討電子設(shè)備計(jì)算機(jī)熱評定技術(shù)在整機(jī)、戶外雷達(dá)天線、艦載天線、功率電路板設(shè)計(jì)方面的應(yīng)用前圖2計(jì)算機(jī)熱分析結(jié)果在民用領(lǐng)域,該中心的技術(shù)成果也完全適用。由于采用集總參數(shù)模型的手動(dòng)計(jì)算方法,需要更豐富的熱力學(xué)知識,計(jì)算繁瑣,遠(yuǎn)不如用計(jì)算流體力學(xué)數(shù)值熱設(shè)計(jì)評定方法而具有的工程價(jià)值。研究成果也證明,計(jì)算機(jī)一體化熱評定模型和設(shè)計(jì)方法完全可用于計(jì)算各種絕熱層厚度、絕熱層材料、冷熱通風(fēng)管道、高低溫試驗(yàn)箱冷熱試驗(yàn)室、空調(diào)房間、冷庫等的熱設(shè)計(jì)評定,從而具有重大的民用工程應(yīng)用前圖3PCB板熱分析結(jié)果途。中心也誠懇希望與民品和環(huán)境工程院所開展合作。結(jié)束語本文對電子產(chǎn)品熱設(shè)計(jì)分析的意義需求和工程技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了說明,著重對信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所的近期科研成果和應(yīng)用情況進(jìn)行了論述介紹,不足之處請專家指正。兄弟單位有新的技術(shù)發(fā)展,還望交流。圖4低溫試驗(yàn)箱熱設(shè)計(jì)參考文獻(xiàn):[]龔光彩CFD技術(shù)在暖通空調(diào)制冷工程中的應(yīng)用[J].暖通空調(diào),19,29(6):5-103熱設(shè)計(jì)工程能力建設(shè)2]辛梱東.機(jī)載電子設(shè)備通風(fēng)冷卻系統(tǒng)及其目前,信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所環(huán)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化[航空標(biāo)準(zhǔn)化與質(zhì)量,199,境中心在反復(fù)研究論證的基礎(chǔ)上,已引進(jìn)(5):11-15中國煤化工CNMHG