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溫度是影響產(chǎn)品(尤其是電子產(chǎn)品)可靠性的一個(gè)重要環(huán)境因素。

 

一個(gè)近視規(guī)律是10度法則：溫度每上升10℃，電子元件壽命減半。不能做精確計(jì)算，只能說(shuō)是近視符合。

 

熱設(shè)計(jì)內(nèi)容包括冷卻方法的選擇，元器件的熱設(shè)計(jì)，元器件的布局與安裝等。

 

下面來(lái)學(xué)習(xí)一下熱設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。這些準(zhǔn)則看上去非常簡(jiǎn)單，但經(jīng)常就是會(huì)被忽視，導(dǎo)致犯錯(cuò)：

 

1、傳導(dǎo)散熱設(shè)計(jì)。例如，選用導(dǎo)熱系數(shù)大的材料；加大與導(dǎo)熱零件的接觸面積；盡量縮短熱傳導(dǎo)的路徑；在傳導(dǎo)路徑中不應(yīng)該有絕熱或隔熱件等。

 

有高溫時(shí)，傳導(dǎo)散熱要注意安全問(wèn)題，以免燙到手。

 

2、對(duì)流散熱設(shè)計(jì)。例如，加大溫差，即降低周?chē)鷮?duì)流介質(zhì)的溫度；加大流體與固體間的接觸面積；加大周?chē)橘|(zhì)的流動(dòng)速度，使它帶走更多的熱量等。

 

對(duì)流散熱對(duì)周?chē)h(huán)境有要求，所以在產(chǎn)品的放置位置方面就要注意?？紤]周?chē)h(huán)境的影響，周?chē)h(huán)境好不好散熱。這個(gè)是很容易被忽視的，因?yàn)槲覀冏龅氖钱a(chǎn)品，很多時(shí)候認(rèn)為周?chē)h(huán)境是別人的事情，就忽視了。

 

舉一個(gè)例子，嵌入式的機(jī)器，嵌到櫥柜里，櫥柜好不好散熱，就是需要考慮的問(wèn)題。

 

為了保證散熱，我們要在產(chǎn)品上設(shè)置防呆特征，避免擺放位置不當(dāng)時(shí)，散熱孔被堵住。比如我們看微波爐的散熱，就有個(gè)大凸臺(tái)防護(hù)。即使誤操作靠墻，也能散熱。另外這個(gè)凸臺(tái)還能防護(hù)下電源線，避免彎折。

 

3、輻射散熱設(shè)計(jì)。例如，在發(fā)熱體表面涂上散熱的涂層以增加黑度系數(shù)；加大輻射體的表面面積等。

 

我經(jīng)常提電控板的溫度場(chǎng)需要測(cè)量從工作到穩(wěn)態(tài)的分布，因?yàn)槌俗陨淼陌l(fā)熱，周?chē)袩嵩磿r(shí)，電控板也會(huì)受到輻射散熱的影響。但如果沒(méi)有測(cè)達(dá)到穩(wěn)態(tài)的分布，只是隨便測(cè)一下，就不能明確溫度場(chǎng)的真實(shí)情況。達(dá)到穩(wěn)態(tài)，可能是會(huì)經(jīng)歷多個(gè)周期，以及一些非正常的使用。比如說(shuō)短時(shí)間內(nèi)，重復(fù)使用某功能，導(dǎo)致熱量的累積。而我們很多人摸底測(cè)試，只會(huì)隨便測(cè)測(cè)某個(gè)功能下的溫升，這是不對(duì)的。

 

4、耐熱設(shè)計(jì)。例如，接近高溫區(qū)的所有操縱組件、電線、線束和其他附件均采取防護(hù)措施并用耐高溫材料制成；導(dǎo)線間應(yīng)有足夠的間隙，在特定高溫源附近的導(dǎo)線要使用耐高溫絕緣材料。

 

這個(gè)要特別注意一種情況，就是有時(shí)候出于成本考慮，認(rèn)為設(shè)計(jì)了足夠距離，有固定特征，管路線路等不會(huì)碰到高溫部件。但需要考慮異常情況，會(huì)不會(huì)位置發(fā)生了變化。比如生產(chǎn)過(guò)程中沒(méi)有裝配到位。或者說(shuō)存在運(yùn)動(dòng)、位移的可能，導(dǎo)致位置發(fā)生了變化。例如，零件的線束是可運(yùn)動(dòng)的。

 

另外，宣稱耐高溫的材料，要確認(rèn)老化后的耐熱性能，以免性能下降嚴(yán)重，不滿足使用要求。

 

5、保證熱流通道盡可能短，橫截面積盡量大。

 

如果做不到，就要考慮一些風(fēng)道的設(shè)計(jì)。還有可以考慮輔助散熱措施，比如使用風(fēng)機(jī)。

 

6、盡量使用金屬機(jī)箱或底盤(pán)散熱。

 

金屬散熱好一些，另外強(qiáng)度也高一些，開(kāi)多些散熱孔也可以。

 

7、力求使所有的接觸面都能傳熱，必要時(shí)，加一層導(dǎo)熱硅膠提高傳熱性能。盡量加大熱傳導(dǎo)面積和傳導(dǎo)零件之間的接觸面積，提高接觸表面的加工精度、加大接觸壓力或墊入可展性導(dǎo)熱材料。

 

導(dǎo)熱硅膠要考慮涂的位置，品牌選擇，用量多少。我遇到的失效是涂少了居多，導(dǎo)致散熱效果不良。

 

8、器件的方向及安裝方式應(yīng)保證最大熱對(duì)流。

 

這是整機(jī)布局要考慮好的問(wèn)題。不確定的時(shí)候，就要去摸底。

 

9、將熱敏部件裝在熱源下面，或?qū)⑵涓綦x，或加上光滑的熱屏蔽涂層。

 

不一定是熱敏部件，有些功能模塊會(huì)受到熱的潛在影響，比如冷水會(huì)受到熱的影響，也應(yīng)該避免安裝在熱源上方，或者拉大距離。

 

10、安裝零件時(shí)，應(yīng)充分考慮到周?chē)慵椛涑龅臒?，以使每一器件的溫度都不超過(guò)其最大工作溫度。

 

還是需要摸底測(cè)試，很多時(shí)候，靠想象是想象不出來(lái)的。

 

11、盡量確保熱源具有較好的散熱性能。

 

識(shí)別出熱源，對(duì)熱源散熱進(jìn)行考慮。

 

12、玻璃環(huán)氧樹(shù)脂線路板是不良散熱器，不能全靠自然冷卻。若它不能充分散發(fā)所產(chǎn)生的熱量，則應(yīng)考慮加設(shè)散熱網(wǎng)絡(luò)和金屬印制電路板。

 

13、選用導(dǎo)熱系數(shù)大的材料制造熱傳導(dǎo)零件。例如，銀、紫銅、銅、氧化鈹陶瓷及鋁等。

 

金屬比較貴，我也有看到一些使用導(dǎo)熱塑料的。思路是好的。但我沒(méi)有實(shí)際接觸過(guò)。

 

14、盡可能不將通風(fēng)孔及排氣孔開(kāi)在機(jī)箱頂部或面板上。

 

開(kāi)在機(jī)箱頂部，很容易落灰塵、異物之類的，還有進(jìn)水等等。而且容易被東西遮擋，比如用戶隨手放了個(gè)物品蓋住了通風(fēng)孔。

 

面板我一般理解為顯示控制面板，朝向人，開(kāi)在這里，體驗(yàn)也不太好，也容易帶來(lái)人為的應(yīng)力。

 

15、盡量減低氣流噪音與振動(dòng)，包括風(fēng)機(jī)與設(shè)備箱間的共振。

 

散熱和噪音都得考慮，還得關(guān)注是否有共振導(dǎo)致的強(qiáng)度問(wèn)題。

 

16、盡量選用以無(wú)刷交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的風(fēng)扇、風(fēng)機(jī)和泵，或者適當(dāng)屏蔽的直流電動(dòng)機(jī)。

 

在電機(jī)額定功率相同、負(fù)載一樣、路況也相同的同等條件下，無(wú)刷電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱量相對(duì)較低。有刷電動(dòng)機(jī)的碳刷，在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生額外的熱量。