电子产品热设计及热仿真技术应用的研究

论文题目电子产品热设计及热仿真技术应用的研究工程领域电子与通信工程指导教师胡永忠高工作者姓名李承隆学号200750201002分类号密级UDC注1学位论文电子产品热设计及热仿真技术应用的研究（题名和副题名）李承隆（作者姓名）指导教师姓名胡永忠高工电子科技大学成都唐食明高工四川长虹电器股份有限公司绵阳（职务、职称、学位、单位名称及地址）申请专业学位级别硕士专业学位类别工程硕士工程领域名称电子与通信工程提交论文日期2010.3论文答辩日期2010.5学位授予单位和日期电子科技大学答辩委员会主席评阅人2010年月日注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。签名：日期：年月日论文使用授权本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后应遵守此规定）签名：导师签名：日期：年月日摘要I摘要由于电子产品正按功率上升化、设备小巧化、环境多样化的“三化”发展趋势发展，使得电子产品在有限的空间内热耗增加，产品内部热流密度加大，温度上升，从而提高了电子元件热失效率，降低了产品的热可靠性，严重影响了产品的正常工作。为了保证元器件和电子产品的热可靠性，热设计显得非常重要。而传统的热设计方法属于一种弥补手段，同时对工程设计人员的经验依赖性强、计算量大等原因造成产品开发周期较长，投入开发成本较高。通过引入仿真技术的热设计，可以在样机制作前就能判断设计是否满足产品的热可靠性，从而缩短产品开发周期，降低开发成本，提高产品一次通过率。因此，电子行业正急需推广融入仿真技术的热设计方法。目前，热仿真技术工具软件有好几个，但本课题选用的是FLOTHRM软件。FLOTHERM是一款目前较流行的、专业的热仿真技术应用软件，具有专业的流体动力学（CFD）的求解器，能够分析各种流体状态。同时，软件本身集成了FLOMERICS软件公司在电子产品传热方面的独特经验和数据库以及专门针对电子工业而开发的模型库，是全球第一个专门针对电子散热领域的CFD软件。它不但可以满足专业人士解决复杂的电子产品散热问题，而且适合从事普通电子产品设计的结构人员进行快速准确的热设计。本文从课题背景及实用价值进行了描述；阐述了温度对电子产品的影响，电子产品温度上升的主要原因；简介了热传递方式及遵循定律；阐述了热设计考虑因素、电子元件热特性、热设计流程、冷却技术的选择以及热设计的基本方法；简介了FLOTHERM软件的特性及功能；主要论述了FLOTHERM热仿真技术在电子产品热设计中的应用。本课题中以长虹ITV210产品开发为例，以FLOTHERM为仿真工具对热仿真的具体过程和方法进行了阐述。并通过样机测试结果来验证了仿真的准确性，体现了引入仿真技术的热设计方法可行、可靠。关键词：电子产品，热设计，FLOTHERM软件，热仿真，热失效率AbstractIIAbstractBecauseelectronicproductsaredevelopingaccordingtopowerrise,equipmentexquisite,environmentdiversificationthreetrendsofdevelopment,thatcausestheelectronicproductsheatconsumptionincreaseinthelimitedspatialinternal,theproductsinternalheatflowdensityenlarge,temperaturerise,thusraisetheelectroniccomponentthermalfailureprobabilityandreducetheproductthermalreliability,seriouslyinfluenceproductnormalwork.Toensurethethermalreliabilityofthecomponentsandelectronicproducts,thermaldesignisveryimportant.Duetothetraditionalhotdesignmethodbelongstooneatonementmethod,itrelyontheengineersexperienceandneedalargenumberofcalculations.Butthermaldesignoftheuseofsimulationtechnologymayletengineersjudgedesignswhethertosatisfytheproductthehotreliabilitybeforetheprototypicalmanufacture,andshortenproductdevelopmentcycles,reducedevelopmentcosts,improveproducttimepassrate.Therefore,theelectronicindustryisurgentlyneededthermaldesignmethodofsimulationtechnology.Atpresent,thermalsimulationtechnologyapplicationtoolssoftwarehaveseveral.Butthistopicuse'stoolsoftwareisFLOTHRM.FLOTHERMisamorepopularandprofessionalthermalsimulationtechnologyapplicationssoftwareatpresent,withaprofessionalFluidDynamics(CFD)solverabletoanalyzeavarietyoffluid,anditincludesFLOMERICSSoftwareCompany’suniqueexperienceintheheattransferinelectronicequipmentandthedatabasesfortheelectronicsindustrydevelopedmodellibrary.Itistheworld'sfirstCFDsoftwareforthefieldofelectronicthermal.Itisnotonlymeettheprofessionalstosolvecomplexelectronicscoolingproblems,andsuitableforthestructureofgeneralstaffengagedinelectronicproductdesigntoconductfastandaccuratethermaldesign.Thispaperdescribesthebackgroundandthepracticalvalueofthesubject;Expoundstheinfluenceoftemperaturetoelectronicproducts,andthemaincauseofrisingtemperaturesofelectronicproducts;Introducedsimplytheheattransferwayandfollowsthelaw;Expoundsthermaldesignconsiderationsfactor,theelectroniccomponentthermalcharacteristics,thermaldesigncycle,thermaldesignprocess,theAbstractIIIchoiceofcoolingtechnologyandthermaldesignofthebasicmethod.IntroducesimplytheFLOTHERMsoftware'sfeaturesandfunctions.ElaboratemainlytheFLOTHERMsoftware'sapplicationinthermaldesignoftheelectronicproducts.ThistopicexpoundstheprocessesandmethodsofthermalsimulationbyFLOTHERMsimulationtool,basedonChanghongITV210productdevelopment.Prototypetestresultshaveverifiedtheaccuracyofthesimulation.Itintroducedthatthethermaldesignmethodofsimulationtechnologyisfeasibleandreliable.KeyWords：Electronicproducts,Thermaldesign,TheFLOTHERMSoftware,Thermalsimulation,Thermalfailureprobability目录IV目录第一章引言...........................................................................................................11.1背景................................................................................................................11.2国内外相关研究............................................................................................11.3立题依据及实用价值....................................................................................21.4课题研究目标................................................................................................2第二章热设计的理论基础及基本方法...................................................................42.1热设计的意义与基本要求.............................................................................42.1.1温度对电子产品的影响......................................................................42.1.2电子产品温升的主要原因..................................................................62.1.3热设计与传统热控制方法的区别......................................................62.1.4热设计的目的及基本要求.....................