机电产品热设计：注意事项与散热策略

"本文详细解析了工程师在进行热设计时需要注意的关键点，强调了热失效在电子产品中的重要性，并提供了选择合适散热方式的依据和方法。" 热设计是电子工程领域中至关重要的一环，它关系到设备的可靠性和寿命。热失效，即由于过热导致的部件损坏，是许多设备故障的主要原因之一。在电流过载的情况下，如果没有有效的散热措施，局部的热量积累会导致温度急剧升高，从而烧毁元器件。因此，理解和掌握热设计的原理与实践，对于提高产品的可靠性具有决定性的影响。 首先，提高设备和组件的耐高温性能是提高可靠性的途径之一。这意味着选择能够承受更大热应力的材料和部件，以应对环境温度变化或过载情况。同时，加强散热设计同样重要，确保设备在运行过程中产生的热量能被有效地散发出去，避免过热。 常见的散热方式包括散热片和风扇。选择哪种散热方式取决于热流密度，即单位面积上的热量。《GJB/Z27-92电子设备可靠性热设计手册》提供了一种参考框架，通过热流密度和允许的温升来确定最合适的散热方法。例如，当温升为40℃，热流密度为0.04W/cm²时，自然对流和辐射就足够了。 对于密封设备或者热功率密度较高的情况，需要考虑体积功率密度，即单位体积内的热功率。例如，一个体积为0.125cm³、热耗为0.01W的电源调整芯片，其体积功率密度为0.08W/cm³，根据图2所示，金属传导冷却是最合适的散热方式。 根据散热效率的高低，可以选择以下冷却方法：自然冷却、导热、强迫风冷、液冷以及蒸发冷却。这些方法的应用范围可以根据体积功率密度来确定，例如，当体积功率密度小于0.122W/cm³时，传导、辐射和自然对流通常是首选；而当体积功率密度在0.122-0.43W/cm³之间时，强迫风冷成为更合适的选择。 热设计不仅关乎到设备的性能，还直接影响到设备的寿命和用户体验。理解并正确应用热设计原则，结合实际的热流密度和体积功率密度，是工程师们在设计过程中必须重视的环节。通过合理的热设计，可以显著提高电子产品的可靠性和稳定性，降低故障率，从而提升产品的市场竞争力。