電子設備熱設計技術

第1章 緒論 1
1.1 電子設備熱設計的內涵 1
1.1.1 電子設備熱設計的重要性 3
1.1.2 電子設備熱設計的定義與目標 6
1.2 電子設備熱設計的挑戰 8
1.2.1 熱流密度急劇升高引發芯片過溫風險 8
1.2.2 集成度與日俱增誘發熱-力-電耦合問題 9
1.2.3 功率大幅提升凸顯熱設計的資源難題 10
1.2.4 極端工況增多暴露傳統熱設計的局限性 12
1.2.5 精確控溫要求嚴苛提升設備熱設計難度 13
1.3 電子設備熱設計技術的分類和選擇原則 14
1.3.1 電子設備熱設計技術的分類 14
1.3.2 電子設備熱設計技術的選擇原則 16
參考文獻 19
第2章 電子設備的產熱及熱可靠性理論基礎 22
2.1 電子設備的產熱和溫度失效機理簡介 22
2.1.1 無源器件 23
2.1.2 有源器件 25
2.1.3 溫度失效機理小結 29
2.2 電子設備的溫度可靠性預計 30
2.2.1 基於手冊的可靠性預計方法 30
2.2.2 基於手冊的可靠性預計方法的不足 31
2.2.3 基於失效物理模型的可靠性預計方法 32
2.3 電子設備的溫度降額設計 34
2.3.1 溫度降額的原則 34
2.3.2 溫度降額的指標 35
2.3.3 溫度降額的設計流程 35
2.4 電子設備的溫度環境應力篩選 37
2.4.1 溫度環境應力篩選分類 37
2.4.2 溫度環境應力篩選流程 40
參考文獻 41
第3章 電子設備熱傳導技術 44
3.1 熱傳導及強化方法 44
3.1.1 導熱機理 44
3.1.2 導熱強化 48
3.1.3 導熱優化 52
3.2 常用電子設備熱管理材料 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 90
第4章 電子設備風冷技術 94
4.1 自然冷卻 94
4.1.1 自然冷卻原理 94
4.1.2 自然冷卻的強化方法 95
4.2 強迫風冷 102
4.2.1 強迫風冷原理 102
4.2.2 強迫風冷的強化方法 103
4.3 典型風冷系統設計案例 109
4.3.1 散熱需求分析和冷卻方式選擇 110
4.3.2 風冷組件設計 110
4.3.3 風冷陣面設計 113
4.3.4 風機選型 114
4.3.5 系統設計校核 117
4.3.6 小結 118
參考文獻 118
第5章 電子設備液冷技術 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 液冷強化技術 128
5.2.1 對流換熱系數強化 128
5.2.2 對流換熱面積強化 133
5.2.3 協同設計優化 140
5.3 液冷系統的安全性與可靠性設計 141
5.3.1 腐蝕防護設計 141
5.3.2 泄漏防護設計 144
5.3.3 可靠性設計 150
5.3.4 健康管理設計 153
5.4 典型液冷系統設計案例 157
5.4.1 散熱需求分析和冷卻方式選擇 158
5.4.2 冷板設計 159
5.4.3 管網設計 161
5.4.4 冷卻機組設計 164
5.4.5 系統設計指標復核與評估 169
5.4.6 小結 170
參考文獻 170
第6章 電子設備相變冷卻技術 173
6.1 相變冷卻原理 173
6.1.1 氣泡動力學簡介 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 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 相變冷卻系統設計及應用 183
6.3.1 工質選型 183
6.3.2 換熱設計 186
6.3.3 流動設計 189
6.3.4 其他工程問題 195
6.3.5 典型相變冷卻應用 196
參考文獻 199
第7章 電子設備輻射散熱技術 202
7.1 輻射傳熱特點 202
7.2 電子設備熱輻射技術基礎 205
7.2.1 輻射傳熱計算 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 電子設備內部熱輻射 215
7.3 輻射傳熱控制技術 216
7.3.1 輻射散熱類技術 217
7.3.2 輻射隔熱類技術 221
7.3.3 自適應溫控類技術 223
7.4 星載電子設備熱控設計案例 226
參考文獻 229
第8章 電子設備儲熱技術 231
8.1 儲熱技術的原理及特點 231
8.2 儲熱材料的分類及強化設計 232
8.2.1 顯熱儲熱材料及選型設計 233
8.2.2 潛熱儲熱材料及強化設計 235
8.2.3 化學儲熱材料及控制設計 241
8.3 典型電子設備儲熱設計 245
8.3.1 儲熱需求計算 245
8.3.2 儲熱方式選擇 246
8.3.3 儲熱溫區設計 247
8.3.4 綜合仿真校核 248
參考文獻 251
第9章 電子設備微系統冷卻技術 253
9.1 電子設備微系統冷卻概述 253
9.1.1 微系統冷卻的內涵 253
9.1.2 常用封裝技術的熱特性分析 254
9.1.3 微系統冷卻的特點 260
9.1.4 微系統冷卻面臨的挑戰 261
9.2 常用微系統冷卻技術 264
9.2.1 芯片近結高導熱材料 264
9.2.2 異質界面低熱阻技術 270
9.2.3 嵌入式微流體技術 272
9.2.4 主動冷卻技術 276
9.2.5 微冷卻控制元件 278
9.2.6 熱-力-電協同設計 280
參考文獻 283
第10章 電子設備熱仿真及熱測試技術 286
10.1 電子設備熱仿真 286
10.1.1 熱仿真基礎及方法 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 295
10.2 電子設備熱測試 299
10.2.1 熱測試標準簡介 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 315