如果假設(shè)電流過載嚴(yán)重，但該部位散熱極好，能把溫升控制在很低的范圍內(nèi)，是不是器件就不會失效了呢?答案為“是”。由此可見，如果想把產(chǎn)品的可靠性做高，一方面使設(shè)備和零部件的耐高溫特性提高，能承受較大的熱應(yīng)力(因為環(huán)境溫度或過載等引起均可);另一方面是加強(qiáng)散熱，使環(huán)境溫度和過載引起的熱量全部散掉，產(chǎn)品可靠性一樣可以提高。下面介紹下熱設(shè)計的常規(guī)方法。

　　我們機(jī)電設(shè)備常見的是散熱方式是散熱片和風(fēng)扇兩種散熱方式，有時散熱的程度不夠，有時又過度散熱了，那么何時應(yīng)該散熱，哪種方式散熱最合適呢?這可以依據(jù)熱流密度來*估，熱流密度=熱量 / 熱通道面積。

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　　按照《GJB/Z27-92電子設(shè)備可靠性熱設(shè)計手冊》的規(guī)定(如圖1)，根據(jù)可接受的溫升的要求和計算出的熱流密度，得出可接受的散熱方法。如溫升40℃(縱軸)，熱流密度0.04W/cm2(橫軸)，按下圖找到交叉點(diǎn)，落在自然冷卻區(qū)內(nèi)，得出自然對流和輻射即可滿足設(shè)計要求。

　　大部分熱設(shè)計適用于上面這個圖表，因為基本上散熱都是通過面散熱。但對于密封設(shè)備，則應(yīng)該用體積功率密度來估算，熱功率密度=熱量 / 體積。下圖(圖2)是溫升要求不超過40℃時，不同體積功率密度所對應(yīng)的散熱方式。比如某電源調(diào)整芯片，熱耗為0.01W，體積為0.125cm3，體積功率密度=0.1/0.125=0.08W/cm3，查下圖得出金屬傳導(dǎo)冷卻可滿足要求。

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　　按照上圖，可以得出冷卻方法的選擇順序：自然冷卻一導(dǎo)熱一強(qiáng)迫風(fēng)冷一液冷一蒸發(fā)冷卻。體積功率密度低于0.122W/cm3傳導(dǎo)、輻射、自然對流等方法冷卻;0.122-0.43W/cm3強(qiáng)迫風(fēng)冷;0.43～O.6W/cm3液冷;大于0.6W/cm3蒸發(fā)冷卻。注意這是溫升要求40℃時的推薦參考值，如果溫升要求低于40℃，就需要對散熱方式降額使用，0.122時就需要選擇強(qiáng)迫風(fēng)冷，如果要求溫升很低，甚至要選擇液冷或蒸發(fā)冷卻了。

　　這里面還應(yīng)注意一個問題，是不是強(qiáng)迫風(fēng)冷能滿足散熱要求，我們就可以隨便選擇風(fēng)扇轉(zhuǎn)速呢，就好像說某件工作，?？茖W(xué)歷的知識水平即可勝任，是不是隨便抓個大專生就能做好呢，當(dāng)然不是，風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速與氣流流速有直接關(guān)系，這里又涉及一個新概念——熱阻。

　　熱阻=溫度差 / 熱耗 (單位℃/W)

　　熱阻越小則導(dǎo)熱性能越好，這個概念等同于電阻，兩端的溫度差類似于電壓，傳導(dǎo)的熱量類似于電流。風(fēng)道的熱阻涉及流體力學(xué)的一些計算，如果我們在熱設(shè)計方面要求不是很苛刻，可通過估算或?qū)嶒灥贸觯绻蠛芸量?，可以查閱《GJB/Z27-92 電子設(shè)備可靠性熱設(shè)計手冊》，里面有很多系數(shù)、假設(shè)條件的組合，三言兩語說不清楚，個別系數(shù)我也沒搞明白如何與現(xiàn)實的風(fēng)道設(shè)計結(jié)合，比如，風(fēng)道中有一束電纜、風(fēng)道的壁不是均勻的金屬板，而是有高低不平帶器件的電路板，對一些系數(shù)則只能估算了，最準(zhǔn)確的方式反而是實驗測量了。

　　熱阻更多的是用于散熱器的選擇，一般廠家都能提供這個參數(shù)。舉例，芯片功耗20W，芯片表面不能超過85℃，最高環(huán)境溫度55℃，計算所需散熱器的熱阻R。

　　計算：實際散熱器與芯片之間的熱阻近似為0.1℃/W，則(R+0.1)=(85-55) ℃/20W，則R=1.4℃/W。依據(jù)這個數(shù)值選散熱器就可以了。

　　這里面注意一個問題，我們在計算中默認(rèn)為熱耗≈芯片功率，對一般的芯片，我們都可以這樣估算，因為芯片中沒有驅(qū)動機(jī)構(gòu)，沒有其他的能量轉(zhuǎn)換機(jī)會，大部分是通過熱量轉(zhuǎn)化掉了。而對于電源轉(zhuǎn)換類芯片或模塊，則不可以這樣算，比如電源，它是一個能源輸出，它的輸入電量一部分轉(zhuǎn)化成了熱，另外很大部分轉(zhuǎn)化成電能輸出了，這時候就不能認(rèn)為熱耗≈功率。

　　以上部分是定量設(shè)計部分的內(nèi)容，在有了一個定量的設(shè)計指導(dǎo)后，也有一些具體的工程技巧來幫助實現(xiàn)理論計算結(jié)果的要求。 一般的熱設(shè)計思路有三個措施：降耗、導(dǎo)熱、布局。

　　降耗是不讓熱量產(chǎn)生;導(dǎo)熱是把熱量導(dǎo)走不產(chǎn)生影響;布局是熱也沒散掉但通過措施隔離熱敏感器件;有點(diǎn)類似于電磁兼容方面針對發(fā)射源、傳播路徑、敏感設(shè)備的三個措施。

　　降耗是最原始最根本的解決方式，降額和低功耗的設(shè)計方案是兩個主要途徑，低功耗的方案需要結(jié)合具體的設(shè)計進(jìn)行分析，不予贅述。器件選型時盡量選用發(fā)熱小的元器件，如片狀電阻、線繞電阻(少用碳膜電阻);獨(dú)石電容、鉭電容(少用紙介電容);MOS、CMOS電路(少用鍺管);指示燈采用發(fā)光二極管或液晶屏 (少用白熾燈)，表面安裝器件等。除了選擇低功耗器件外，對一些溫度敏感的特型元件進(jìn)行溫度補(bǔ)償與控制也是解決問題的辦法之一，尤其是放大電路的電容電阻等定量測量關(guān)鍵器件。

　　降額是最需要考慮的降耗方式，假設(shè)一根細(xì)導(dǎo)線，標(biāo)稱能通過10A的電流，電流在其上產(chǎn)生的熱量就較多，把導(dǎo)線加粗，增大余量，標(biāo)稱通過20A的電流，則同樣都是通過10A電流時，因為內(nèi)阻產(chǎn)生的熱損耗就會減小，熱量就小。而且因為降額，在環(huán)境溫度升高時，器件性能下降情況下，但因為有余量，即使性能下降，也能滿足要求，這是降額對于增強(qiáng)可靠性的另一個作用，將是另一篇博客文章的內(nèi)容。

　　導(dǎo)熱的設(shè)計規(guī)范比較多，挑一些比較常見的羅列：

　　1.進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口之間的通風(fēng)路徑須經(jīng)過整個散熱通道，一般進(jìn)風(fēng)口在機(jī)箱下側(cè)方角上，出風(fēng)口在機(jī)箱上方與其最遠(yuǎn)離的對稱角上;

　　2.避免將通風(fēng)孔及排風(fēng)孔開在機(jī)箱頂部朝上或面板上;

　　3.為防止氣流回流，進(jìn)口風(fēng)道的橫截面積應(yīng)大于各分支風(fēng)道截面積之和;

　　4.對靠近熱源的熱敏元件，采用物理隔離法或絕熱法進(jìn)行熱屏蔽。熱屏蔽材料有：石棉板、硅橡膠、泡沫塑料、環(huán)氧玻璃纖維板，也可用金屬板和澆滲金屬膜的陶瓷;

　　5.將散熱》1w的零件安裝在機(jī)座上，利用底板做為該器件的散熱器，前提是機(jī)座為金屬導(dǎo)熱材料;

　　6.熱管安裝在熱源上方且管與水平面夾角須》30度;

　　7.PCB用多層板結(jié)構(gòu)(對EMC也有非常非常大的好處)，使電源線或地線在電路板的最上層或最下層…

　　8.熱源器件專門設(shè)計在一個印制板上，并密封、隔離、接地和進(jìn)行散熱處理;