热设计应用示例
一、某机箱的热设计
某机箱的热设计简介。该机箱按功能区域分为两部分，前半部分为各功能板卡区（见图4-1），后半部分为电源模块、散热风扇和对外接口（见图4-2）。
图4-1 机箱外形（前）
图4-2 机箱外形（后）
该机箱的热设计包含以下内容：
1）机箱热安装要求:机箱安装时，应与其他设备或安装壁之间留出一定的空间，以便于冷、热空气的流通，利于散热。机箱到每边的最小间距要求示意图如图4-3所示。
2）机箱内部风道设计如图4-4和图4-5所示。
3）机箱内等距离设置若干个温度传感器（见图4-6），以实时监控机箱内的温度，并自动调整散热风扇的转速，如果机箱内温度超过温度限制时提出报警。
图4-3 机箱的热安装要求
图4-4 机箱风道示意
图4-5 机箱底部导风板
图4-6 在板卡插槽的上方设置温度传感器， 以监控从板卡流过的热气流的温度
4）电源模块的热设计。电源模块（见图4-7）为设备内主要发热单元，其采用两套热风道系统散热，其采用的散热方法如下：
①电源板上的各发热元器件用散热片散热，并有独立风扇（第二条风道）对各散热片散热（见图4-8）;
②采用导热板式散热印制电路板（见图4-9），该印制电路板通过导热胶直接紧贴安装在金属安装板上（见图4-10）;
图4-7 电源及风扇模块
图4-8 电源模块上的散热片
③后部风扇直接对安装底板散热（见图4-7）。
图4-9 导热板式散热印制电路板
图4-10 导热板式散热印制电路板的安装
二、某产品的高低温试验
为获取有关数据，以评价设备在高低温条件下的贮存和工作的适应性，依据《××××环境试验大纲》《GJB 150.3A—2009军用装备实验室环境试验方法 第3部分:高温试验》《GJB 150.4A—2009军用装备实验室环境试验方法 第4部分:低温试验》进行本试验。
1.试验设备（见表4-1）
表4-1 试验设备列表
2.试验箱内环境要求
1）湿度:高温试验通常不需要控制相对湿度。
2）风速:试件附近的风速应不超过1.7m/s。
3）温度变化速率:不超过3℃/min，以免造成温度冲击。
3.试验程序选择
1）高温试验分两个试验程序，即贮存高温试验和工作高温试验。
2）低温试验分两个试验程序，即贮存低温试验和工作低温试验。
本试验的试验顺序为:高温贮存试验（试验曲线见图4-11）、高温工作试验（试验曲线见图4-12）、低温贮存试验（试验曲线见图4-13）、低温工作试验（试验曲线见图4-14）。
4.试验持续时间
本试验为循环暴露试验，每循环周期为24h。
图4-11 高温贮存试验曲线
图4-12 高温工作试验曲线
1）贮存试验:至少进行7个循环。每循环中最高温度出现的时间大约为1h。
2）工作试验:至少进行3个循环。当难以重现温度响应时，最多可采用7个循环。
5.试件工作
试件应按设备正常使用期间最具代表性的典型工作状态工作。特殊要求如下：
1）应包括功耗最大（产生热量最多）的工作状态。
2）电压改变会影响试件的热耗或温度响应时，应包括所需要的输入电压条件的变化范围;
3）应引入使用期间通常使用的冷却介质（如强迫的冷却空气或冷却液）。使用冷却介质时应考虑冷却介质入口处的温度和流量，以反映典型情况和最坏情况下的温度及流量条件。
图4-13 低温贮存试验曲线
图4-14 低温工作试验曲线
4）对于恒温试验，当内部关键工作部件的温度相对恒定时，就认为温度达到了稳定。
5）对于循环试验，试件的温度响应也是循环的，即每个循环的峰值响应温度相比在2℃之内。
6.试验步骤
（1）循环贮存试验
1）使试件处于贮存技术状态。
2）将试验箱内的环境调节套试验开始阶段的试验条件，并在该条件下使试件温度达到稳定。
3）将试件暴露于贮存循环的温度条件下，暴露持续时间至少应为7个循环（共168h）或技术文件规定的循环数。同时记录试件的温度响应。
4）在循环温度暴露结束后，将试验箱内空气温度调节到标准大气条件，并且保持直至试件温度稳定。
5）对试件进行目视检查和工作性能检测，记录结果，并与试验前数据比较。
（2）循环工作试验
1）按工作技术状态安装好试件。
2）调节试验箱内的空气温度，使之达到技术文件规定的工作循环初始条件，并保持此条件直至试件温度达到稳定。
3）将试件暴露至少3个循环或为确保达到试件的最高响应温度所需要的循环数。期间尽可能对试件进行全面的目视检查，并记录检查结果。
4）在暴露循环的最高温度响应时段使试件工作。重复进行本步骤，直到按技术文件完成试件的全部工作性能检测。并记录检测结果。
5）使试件停止工作，将试验箱内的空气温度调节到标准大气条件，保持该条件直到试件温度达到稳定。
6）按技术文件的要求对试件进行全面的目视检查和工作性能检测，记录检查和检测结果，并与试验前数据进行比较。
7.试验过程记录见表4-2。
表4-2 试验过程记录表
8.试验结果
试验测试结果符合试验大纲的要求，完成并通过高温贮存试验、高温工作试验、低温贮存试验、低温工作试验4项测试。
摘自《电子产品设计宝典可靠性原则2000条（第2版）》