電子設(shè)備熱設(shè)計(jì)技術(shù)

第1章 緒論 1
1.1 電子設(shè)備熱設(shè)計(jì)的內(nèi)涵 1
1.1.1 電子設(shè)備熱設(shè)計(jì)的重要性 3
1.1.2 電子設(shè)備熱設(shè)計(jì)的定義與目標(biāo) 6
1.2 電子設(shè)備熱設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn) 8
1.2.1 熱流密度急劇升高引發(fā)芯片過溫風(fēng)險(xiǎn) 8
1.2.2 集成度與日俱增誘發(fā)熱-力-電耦合問題 9
1.2.3 功率大幅提升凸顯熱設(shè)計(jì)的資源難題 10
1.2.4 極端工況增多暴露傳統(tǒng)熱設(shè)計(jì)的局限性 12
1.2.5 精確控溫要求嚴(yán)苛提升設(shè)備熱設(shè)計(jì)難度 13
1.3 電子設(shè)備熱設(shè)計(jì)技術(shù)的分類和選擇原則 14
1.3.1 電子設(shè)備熱設(shè)計(jì)技術(shù)的分類 14
1.3.2 電子設(shè)備熱設(shè)計(jì)技術(shù)的選擇原則 16
參考文獻(xiàn) 19
第2章 電子設(shè)備的產(chǎn)熱及熱可靠性理論基礎(chǔ) 22
2.1 電子設(shè)備的產(chǎn)熱和溫度失效機(jī)理簡介 22
2.1.1 無源器件 23
2.1.2 有源器件 25
2.1.3 溫度失效機(jī)理小結(jié) 29
2.2 電子設(shè)備的溫度可靠性預(yù)計(jì) 30
2.2.1 基于手冊的可靠性預(yù)計(jì)方法 30
2.2.2 基于手冊的可靠性預(yù)計(jì)方法的不足 31
2.2.3 基于失效物理模型的可靠性預(yù)計(jì)方法 32
2.3 電子設(shè)備的溫度降額設(shè)計(jì) 34
2.3.1 溫度降額的原則 34
2.3.2 溫度降額的指標(biāo) 35
2.3.3 溫度降額的設(shè)計(jì)流程 35
2.4 電子設(shè)備的溫度環(huán)境應(yīng)力篩選 37
2.4.1 溫度環(huán)境應(yīng)力篩選分類 37
2.4.2 溫度環(huán)境應(yīng)力篩選流程 40
參考文獻(xiàn) 41
第3章 電子設(shè)備熱傳導(dǎo)技術(shù) 44
3.1 熱傳導(dǎo)及強(qiáng)化方法 44
3.1.1 導(dǎo)熱機(jī)理 44
3.1.2 導(dǎo)熱強(qiáng)化 48
3.1.3 導(dǎo)熱優(yōu)化 52
3.2 常用電子設(shè)備熱管理材料 61
3.2.1 熱塊體材料 61
3.2.2 熱界面材料 69
3.3 熱管及其衍生物 79
3.3.1 熱管的工作原理 79
3.3.2 熱管的相容性及壽命 81
3.3.3 熱管及其衍生物分類 82
參考文獻(xiàn) 90
第4章 電子設(shè)備風(fēng)冷技術(shù) 94
4.1 自然冷卻 94
4.1.1 自然冷卻原理 94
4.1.2 自然冷卻的強(qiáng)化方法 95
4.2 強(qiáng)迫風(fēng)冷 102
4.2.1 強(qiáng)迫風(fēng)冷原理 102
4.2.2 強(qiáng)迫風(fēng)冷的強(qiáng)化方法 103
4.3 典型風(fēng)冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)案例 109
4.3.1 散熱需求分析和冷卻方式選擇 110
4.3.2 風(fēng)冷組件設(shè)計(jì) 110
4.3.3 風(fēng)冷陣面設(shè)計(jì) 113
4.3.4 風(fēng)機(jī)選型 114
4.3.5 系統(tǒng)設(shè)計(jì)校核 117
4.3.6 小結(jié) 118
參考文獻(xiàn) 118
第5章 電子設(shè)備液冷技術(shù) 120
5.1 液冷原理與分類 120
5.1.1 液冷原理 120
5.1.2 直接液冷 123
5.1.3 間接液冷 126
5.2 液冷強(qiáng)化技術(shù) 128
5.2.1 對流換熱系數(shù)強(qiáng)化 128
5.2.2 對流換熱面積強(qiáng)化 133
5.2.3 協(xié)同設(shè)計(jì)優(yōu)化 140
5.3 液冷系統(tǒng)的安全性與可靠性設(shè)計(jì) 141
5.3.1 腐蝕防護(hù)設(shè)計(jì) 141
5.3.2 泄漏防護(hù)設(shè)計(jì) 144
5.3.3 可靠性設(shè)計(jì) 150
5.3.4 健康管理設(shè)計(jì) 153
5.4 典型液冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)案例 157
5.4.1 散熱需求分析和冷卻方式選擇 158
5.4.2 冷板設(shè)計(jì) 159
5.4.3 管網(wǎng)設(shè)計(jì) 161
5.4.4 冷卻機(jī)組設(shè)計(jì) 164
5.4.5 系統(tǒng)設(shè)計(jì)指標(biāo)復(fù)核與評估 169
5.4.6 小結(jié) 170
參考文獻(xiàn) 170
第6章 電子設(shè)備相變冷卻技術(shù) 173
6.1 相變冷卻原理 173
6.1.1 氣泡動(dòng)力學(xué)簡介 173
6.1.2 池沸騰 174
6.1.3 對流沸騰 175
6.1.4 相變冷卻的特點(diǎn) 177
6.2 相變冷卻方式 178
6.2.1 直接相變冷卻 178
6.2.2 間接相變冷卻 181
6.3 相變冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用 183
6.3.1 工質(zhì)選型 183
6.3.2 換熱設(shè)計(jì) 186
6.3.3 流動(dòng)設(shè)計(jì) 189
6.3.4 其他工程問題 195
6.3.5 典型相變冷卻應(yīng)用 196
參考文獻(xiàn) 199
第7章 電子設(shè)備輻射散熱技術(shù) 202
7.1 輻射傳熱特點(diǎn) 202
7.2 電子設(shè)備熱輻射技術(shù)基礎(chǔ) 205
7.2.1 輻射傳熱計(jì)算 205
7.2.2 太陽輻射 207
7.2.3 地球紅外輻射與地球反照 212
7.2.4 電子設(shè)備內(nèi)部熱輻射 215
7.3 輻射傳熱控制技術(shù) 216
7.3.1 輻射散熱類技術(shù) 217
7.3.2 輻射隔熱類技術(shù) 221
7.3.3 自適應(yīng)溫控類技術(shù) 223
7.4 星載電子設(shè)備熱控設(shè)計(jì)案例 226
參考文獻(xiàn) 229
第8章 電子設(shè)備儲(chǔ)熱技術(shù) 231
8.1 儲(chǔ)熱技術(shù)的原理及特點(diǎn) 231
8.2 儲(chǔ)熱材料的分類及強(qiáng)化設(shè)計(jì) 232
8.2.1 顯熱儲(chǔ)熱材料及選型設(shè)計(jì) 233
8.2.2 潛熱儲(chǔ)熱材料及強(qiáng)化設(shè)計(jì) 235
8.2.3 化學(xué)儲(chǔ)熱材料及控制設(shè)計(jì) 241
8.3 典型電子設(shè)備儲(chǔ)熱設(shè)計(jì) 245
8.3.1 儲(chǔ)熱需求計(jì)算 245
8.3.2 儲(chǔ)熱方式選擇 246
8.3.3 儲(chǔ)熱溫區(qū)設(shè)計(jì) 247
8.3.4 綜合仿真校核 248
參考文獻(xiàn) 251
第9章 電子設(shè)備微系統(tǒng)冷卻技術(shù) 253
9.1 電子設(shè)備微系統(tǒng)冷卻概述 253
9.1.1 微系統(tǒng)冷卻的內(nèi)涵 253
9.1.2 常用封裝技術(shù)的熱特性分析 254
9.1.3 微系統(tǒng)冷卻的特點(diǎn) 260
9.1.4 微系統(tǒng)冷卻面臨的挑戰(zhàn) 261
9.2 常用微系統(tǒng)冷卻技術(shù) 264
9.2.1 芯片近結(jié)高導(dǎo)熱材料 264
9.2.2 異質(zhì)界面低熱阻技術(shù) 270
9.2.3 嵌入式微流體技術(shù) 272
9.2.4 主動(dòng)冷卻技術(shù) 276
9.2.5 微冷卻控制元件 278
9.2.6 熱-力-電協(xié)同設(shè)計(jì) 280
參考文獻(xiàn) 283
第10章 電子設(shè)備熱仿真及熱測試技術(shù) 286
10.1 電子設(shè)備熱仿真 286
10.1.1 熱仿真基礎(chǔ)及方法 286
10.1.2 常用熱仿真軟件 287
10.1.3 熱仿真案例 292
10.1.4 熱仿真面臨的挑戰(zhàn) 295
10.2 電子設(shè)備熱測試 299
10.2.1 熱測試標(biāo)準(zhǔn)簡介 299
10.2.2 溫度測試 301
10.2.3 流量測試 307
10.2.4 速度測試 311
10.2.5 壓力測試 313
參考文獻(xiàn) 315