加強電子產(chǎn)品熱設計、熱分析能力建設

2001年10月電子產(chǎn)最可靠性與環(huán)境試驗0ct.200I第5期ELECTRONIC PRODUCT RELIABIUTY AND ENIRONMENTAL TESTINGNo 5加強電子產(chǎn)品熱設計、熱分析能力建設廖(信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所,廣東廣州510610)摘要:論述了加強電子產(chǎn)品熱設計的意義,介紹了國內熱設計水平現狀和信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所目前所進(jìn)行的前導性工作,提出了熱分析能力建設的工程實(shí)施途徑。關(guān)鍵詞:產(chǎn)品溫升;熱設計;熱分析中圖分類(lèi)號:TNa3文獻標識碼: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(lái),隨著(zhù)大規模集成電路的使用,使電子設備的結構設計朝著(zhù)超小型熱環(huán)境應力是艦載、機載、艙內、戶(hù)組裝方向發(fā)展,對電子系統熱設計的要求外等大型電子系統的一種重要工作應力也越來(lái)越高,特別是用在特殊工作環(huán)境條統計數據表明,70%的電子設備失效與過(guò)件下的電子產(chǎn)品,結構上的熱環(huán)境防護設高的熱環(huán)境應力有關(guān)。較嚴酷的熱環(huán)境應計顯得特別重要。如相控陣技術(shù)是現代雷力對大多數電子設備的正常工作產(chǎn)生嚴重達中的新型技術(shù),隨著(zhù)相控陣技術(shù)的成熟的影響,導致電子元器件加速失效,從而和深入發(fā)展,越來(lái)越多的雷達都在采用相引起整個(gè)設備的失效。由高溫誘發(fā)的電應控陣天線(xiàn),這勢必造成雷達天線(xiàn)陣內電子力失效、腐蝕失效也會(huì )大大減少電子元器設備量的密集化程度不斷提高,熱壓力嚴件的工作壽命。溫度太低也會(huì )引起電子元酷。戶(hù)外工作時(shí)強烈的太陽(yáng)輻射造成的附器件的機械失效,同時(shí)導致元器件內部的加溫升使熱應力加劇,天線(xiàn)陣內電子設備微量水汽凝露,使電子設備工作可靠性大的可靠性和天線(xiàn)使用壽命會(huì )受影響。因收稿日期:2001-07-08作者簡(jiǎn)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,從事微機應用環(huán)境試驗技術(shù)、熱設計、應用統計數學(xué)的研究工作。中國煤化工CNMHG第5期小雄:加強電子產(chǎn)品熱設計、熱分析能力建設在相控陣雷達方案論證時(shí)對天線(xiàn)陣進(jìn)定,從而把以往熱設計和熱評定的獨立的行較為細致的散熱設計顯得尤為重要。在工程實(shí)施步驟歸結為有效迅速的計算機熱某新型遠程導彈的平臺設計中,電子箱采設計評定。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,雖然當初電子作提出了快捷有效的實(shí)施辦法,使非熱測箱設計時(shí)考慮到了可靠性指標,但由于經(jīng)試評定工程師也能在產(chǎn)品設計階段清楚地驗不足,忽略了熱設計,首輪設計時(shí),熱了解產(chǎn)品的熱性能,另一方面也完全順應設計處理得不好,使電子箱中半導體器件了評定工作與設計測試相結合、可靠性工溫度過(guò)高,此時(shí)不得不要求配套單位提高作融會(huì )于產(chǎn)品設計階段的發(fā)展趨勢。半導體器件規格水平,重新設計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備中的重要部設備熱評價(jià)應包括熱設計—一熱評定分,工作在環(huán)境惡劣的艦艙內。例如,南熱測試一一熱試驗的循環(huán)式評價(jià)階段程序海上的大氣溫度可超過(guò)40℃,艙內與外界而這種循環(huán)模式應以計算機熱測試熱評定的溫差為5℃-8℃,艦艙內的溫度有時(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)境下的系統進(jìn)行據設備類(lèi)型使用環(huán)境的可靠性或環(huán)境試驗熱設計,選擇應用合理有效的散熱措施,標準進(jìn)行評價(jià)的觀(guān)點(diǎn)。這是對常規標準中熱使設備工作在規定的溫度范圍內,將大大設計、熱分析熱評價(jià)單程模式的突破。提高設備的環(huán)境適應性。高原環(huán)境下作戰在幾年的科研實(shí)踐中,該中心科研人員使用的電子類(lèi)裝備,這些產(chǎn)品在運行時(shí)消建立了適用各種電子設備類(lèi)型、各種應用環(huán)耗的一部份電能變?yōu)闊崮?尤其是近年電塘研究的計算機熱評定一體化模型和設計子裝備體積趨于小型化,電路密集度增方法,運用這種棋型方法,進(jìn)行了X型號加,內部熱環(huán)境惡化,溫升嚴重。高原地的DC-DC變換器XX型號的H13條寬區氣壓遠低于平原地區,大氣壓的降低會(huì )功率放大器、軍用加固計算機、“XXX”工程導致空氣導熱系數降低,而內部溫升降隨低溫試驗箱、封裝芯片計算機熱分析等重點(diǎn)大氣壓的降低而增加。據統計,設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(高溫熱元件除同海拔髙度對串子設備的熱影晌,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。結果證明,這種模型方法適降,且表現為運行不穩。在更高的軌道高用于從芯片級、電路板緩、機箱級到系統級度,如近視空間環(huán)境,空間環(huán)塘為高真電子設備,從室內室鳙太陽(yáng)輻射、水下浸空,航天器在軌道航行時(shí),電子設備將處泡、高海拔地區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、電子設備、計算機類(lèi)、雷導和熱輻射起主要影響。近年來(lái)不同高度達天線(xiàn)到環(huán)境試驗設備的各種產(chǎn)品和設備環(huán)境下電子設備的熱設計和分析技術(shù)與計(見(jiàn)圖1~4)。算機熱分析技術(shù)相互結合,已成為新的研究熱點(diǎn)。2熱設計技術(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)境中心在應用計算機數值傳熱分析技術(shù)于熱設計評定技術(shù)方面取得重大技術(shù)突破。利用計算機數值傳熱分析技術(shù)(CFD),結合精密熱測試技術(shù)和熱設計評價(jià)的規范和準則,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芯片熱分析結果中國煤化工CNMHG電子產(chǎn)品可靠性與環(huán)境試驗2001年了90年代先進(jìn)水平的I-Deas7.0、Flotherm2.5、P/E2000、 Solid Works4.0等大型結構CAD、熱分析熱設計軟件,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(chǎng)所開(kāi)展合作,進(jìn)一步探討電子設備計算機熱評定技術(shù)在整機、戶(hù)外雷達天線(xiàn)、艦載天線(xiàn)、功率電路板設計方面的應用前圖2計算機熱分析結果在民用領(lǐng)域,該中心的技術(shù)成果也完全適用。由于采用集總參數模型的手動(dòng)計算方法,需要更豐富的熱力學(xué)知識,計算繁瑣,遠不如用計算流體力學(xué)數值熱設計評定方法而具有的工程價(jià)值。研究成果也證明,計算機一體化熱評定模型和設計方法完全可用于計算各種絕熱層厚度、絕熱層材料、冷熱通風(fēng)管道、高低溫試驗箱冷熱試驗室、空調房間、冷庫等的熱設計評定,從而具有重大的民用工程應用前圖3PCB板熱分析結果途。中心也誠懇希望與民品和環(huán)境工程院所開(kāi)展合作。結束語(yǔ)本文對電子產(chǎn)品熱設計分析的意義需求和工程技術(shù)發(fā)展現狀進(jìn)行了說(shuō)明,著(zhù)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用情況進(jìn)行了論述介紹,不足之處請專(zhuān)家指正。兄弟單位有新的技術(shù)發(fā)展,還望交流。圖4低溫試驗箱熱設計參考文獻:[]龔光彩CFD技術(shù)在暖通空調制冷工程中的應用[J].暖通空調,19,29(6):5-103熱設計工程能力建設2]辛梱東.機載電子設備通風(fēng)冷卻系統及其目前,信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所環(huán)設計標準化[航空標準化與質(zhì)量,199,境中心在反復研究論證的基礎上,已引進(jìn)(5):11-15中國煤化工CNMHG