本章⽬的：热设计概念，及预防控制⼿段。
1.热设计⽬的
现代的电⼦产品离不开热设计。如果，没有热设计，你的产品就会越来越烫⼿。夏天的笔记本，⼝袋⾥的智能⼿机，就是其中典型。究其原因，有如下四点：
1）系统的集成度越来越⾼；
2）⼤功耗器件的⼴泛使⽤；
4）环境适应性要求越来越⾼（如户外产品越来越多）。
“热”对电⼦可靠性的影响如下：
1）约40%以上的电⼦产品可靠性(寿命)故障是由温度问题引起的法则：电⼦零件的温度每上升10度，寿命减少⼀半。 2）电⼦器件性能随⼯作温度的增加⽽改变（电容影响最明显）。
2.热设计概念
综合利⽤传导、对流及辐射三种换热⼿段，设计发热源⾄环境的低热阻通路，以满⾜设备散热要求的
过程称为热设计。3.热设计⽬的
热设计的⽬的是为了保证产品在指定的环境规格条件下正常⼯作并达到产品的可靠性⽬标，从⽽满⾜对产品各部分温升的限制性要求。
热设计⽬标是可靠性⽬标的⼀部份。
4.对流、传导及辐射概念
热量总是⾃发地从⾼温区传向低温区或从物体⾼温部分传向低温部分。其共有三种传递⽅式：
1）传导
2）对流
3）辐射
4.1 传导
传导是物体直接接触时, 通过分⼦间动能传递进⾏能量交换的现象。
公式：Q = K A △t / L
Q ---- 传导散热量, W
A ---- 导体横截⾯积, m2
△t ---- 传热路径两端温差, ℃
L ---- 传热路径长度, m
常⽤材料的导热系数：
铝约180、压铸铝120、铁约40 、铜390（但铜的密度是铝的3倍，重量、价格）,⽯墨是各向异性，x⽅向是10，Y，Z⽅向可以达到600，⽽且重量很轻。
导热系数⼤，内部温差就⼩。
温度自动控制系统
热管是⼀种传热能⼒极⾼的结构，其导热系数可达10000以上。
我们常常在芯⽚与散热器之间增加导热（绝缘）材料，是因为两个表⾯间凸凹不平，中间有空⽓，需要⽤导热性能好的材料填充。材料要求形状适应性好，尽可能薄、压⼒⼤（注意芯⽚能承受的最⼤压⼒）；
常见的导热介质材料有导热胶、导热硅脂、导热软硅胶垫⽚、导热云母⽚、导热相变材料等，适⽤场合各不相同；
由于导热硅脂的填充性好，在两个⽐较平的表⾯上，热阻⽐其它导热绝缘材料⼩；
⽬前常⽤导热硅脂的导热系数为0.8～1，但也有2、4、5，最⼤可达10。
4.2 对流
对流是流体通过⼀固体表⾯时发⽣的流体与固体壁⾯的换热现象。
公式： Q = hc A △t
Q ---- 对流散热量, W
t型槽铣刀hC ---- 换热系数, W/m2·℃
A ---- 有效换热⾯积, m2
△t ---- 换热表⾯与流体温差, ℃
对流换热量与两个因素有关，表⾯流速与换热⾯积。我们使⽤散热⽚，实质上就是增加换热⾯积；
当速度增加到⼀定程度后，换热量的增加就不是很明显；
无触点稳压电源
通常，在风机强迫冷却的情况，插箱单板间的风速可超过1m/s。 4.3 辐射
辐射是通过电磁波传递热量的过程。
公式：Q = ε · σ · T4
Q ---- 辐射散热量, W
ε ---- 散热表⾯辐射率, W/m2·℃
σ---- 斯蒂芬-玻尔兹曼常数, 5.67×108(W/m2K4)
T ---- 绝对温度, K
辐射换热主要要求温差⼤；
辐射率的影响因素：材料、表⾯粗糙度、波长等；
对户外设备，辐射率⼤，吸收率也⼤，因此要注意防辐射的措施；
对于⾃然散热的情况，必须考虑辐射散热，这时，辐射散热是⼀种重要的散热⽅法；对于强迫冷却的设备，可以忽略辐射散热。
5.热设计流程
热设计结构在机械各个⾏业都有运⽤。
⼤部分所谓的热设计指的是散热的设计，但作者也接触过PTC加热产品，其实也是属于热设计的。
依据产品的不同，其结构变动较⼤，所以就很难有固定的标准。但总体的设计轨迹还是有轨迹可寻的，其细节部分有很多对应的标准及⽂档资料可以到。设计这种有轨迹可以遵守的特征，按照总章的流程设计即可。
1）设计要求的明确与分析；（针对事物的问题所在）
2）对症选⽤合适标准和⽂档资料；
3）照章办事；
4）专业化的表现；
5）特征优化：书⾯形式的上升空间；
6）平时的积累，为第⼆步做准备。
5.1 设计要求的明确与分析；（针对事物的问题所在）
机械也有很多的⼦⾏业，不同⾏业对热设计的要求是⾮常不⼀样的。就如作者上述的加热设计和散热设计就不可能相同。
⼀般对热设计要求有：
1）温度要求；
2）温升等级；
3）压⼒（或⾼度）；
4）太阳或周围其它物体的辐射热载荷；
5）可利⽤的热沉状况（包括：种类、温度、压⼒和湿度等）；
6）冷却剂的种类、温度、压⼒和允许的压降
热设计必须满⾜需求规格书和测试的要求。
若有需求规格书，规格书中必定有对上述热设计要求的详细规定。
所以设计之前规格书的解读是⾮常重要的（虽然常常被从业者忽视）。
若是⾃⾏设计或没有规格书，需要根据国家⾏业要求收集相关的测试标准，所以产品注重质量的话会反⽽更加⿇烦，但可以参考同⾏业有实⼒公司的规格书。
设计要求得到的⽅法具体做法详见：
⾼阶篇：4.1）QFDI（客户需求转换为设计要求）
了解⾃⾝所处的⾏业环境，明确热设计要求，是做好设计的第⼀步。
5.2 对症选⽤合适标准和⽂档资料
热设计流程分两步：
5.2.1 选⽤合适结构的热设计
多数热设计的⽬的是为了散热，也就是冷却，⽽不是⽤于加热。所以作者直接⽤冷却的⽅式说明（加热设计可参考）。1）冷却⽅法的分类有：
①按冷却剂与被冷元件之间的配置关系
a. 直接冷却
b. 间接冷却
②按传热机理
a. ⾃然冷却（包括导热、⾃然对流和辐射换热的单独作⽤或两种以上换热形式的组合）
b. 强迫冷却（包括强迫风冷和强迫液体冷却等）
c. 蒸发冷却
d. 热电致冷
分级授权e. 热管传热
f. 其它冷却⽅法
2）选择冷却⽅法时，主要考虑设备的热流密度、体积功率密度、温升、使⽤环境、⽤户要求等。
注意：
①保证所采⽤的冷却⽅法具有较⾼可靠性；
②冷却⽅法应具有良好的适应性；
帷幕灌浆
③所采⽤的冷却⽅法应便于测试、维修和更换；
④所采⽤的冷却⽅法应具有良好的经济性；
3）⾃然散热
当电⼦设备的热流密度⼩于0.08w/cm2，体积功率密度不超过0.18w/cm3时，通常可采⽤⾃然对流冷却。⾃然对流冷却是利⽤空⽓流过物体表⾯时的能量交换，利⽤空⽓的密度与温度关系(热空⽓往上⾛），将热量带⾛。
在⾃然散热中，传导、对流、辐射都要考虑。离合器盘
4）强迫风冷
当电⼦设备的热流密度超过0.08w/cm2，体积功率密度超过0.18w/cm3时，单靠⾃然冷却不能完全解决它的冷却问题，需要外加动⼒进⾏强迫空⽓冷却。
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