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电子工艺设备热设计 　　摘要： 随着电子工业的发展，电子工艺设备的应用越来越广泛，而可靠的热设计是保证电子设备可靠性的重要措施，主要简单介绍电子工艺的热设计、热设计的基本原则、热量传递基本方式及计算。 　　关键词： 电子工艺设备；热设计；可靠性 　　中图分类号：TP391.9文献标识码：A文章编号：1671－7597（2012）0110053－01 　　随着电子工艺的发展，电子工艺设备利用的已经不仅仅是电气和机械技术的结合，而是更多的综合应用到声、电、光、热、等离子物理、计算机等多项技术。并且随着电子工艺设备的应用越来越广泛，因而对其运行的稳定可靠性的要求也越来越高。而可靠的热设计又是保证电子设备可靠性的重要措施。 　　1 电子工艺的热设计 　　电子工艺的热设计主要是指利用热传递技术，降低电子设备发热部件、元器件的温度，使设备的内容温度处在正常运行允许的范围内，使电子设备的抗温度应力能力得以提高。热设计的主要目的就是为了控制电子工艺设备内部所有元器件的温度。电子工艺内部元器件的最高安全的计算分析应该是基于元器件的应力，并且保证设备内部元器件的失效率和所要求的设备可靠性的一致。通过热设计，保证设备的安全使用、性能稳定，避免元器件失效从而提高整个设备的无故障工作时间。减缓部件的老化、氧化、磨损等，延长整个设备的使用寿命。 　　通常电子设备的热设计可以分为系统级热设计、封装级热设计、元器件级热设计三个层次。系统及热设计主要是指对电子设备的方腔、机箱和机框等系统级别的热设计；封装级的热设计主要是指对电子模块、PCB级主板和散热器等级别的热设计；而一些组件级别的热设计通常就被称为是元器件热设计。 　　系统级的热设计主要是以电子设备所处的环境作为研究对象，如温度、湿度、沙尘、盐分、海拔、震动、冲击等对其的影响。并且环境温度也是电路板热设计的一个重要边界条件。 　　系统级别的热设计则主要采用一系列的措施对环境温度进行控制，确保电子设备在在一个比较适宜的温度下工作。 　　电子设备封装级的热设计在国外电子工艺比较发达的国家已经比较完善，在有???国家电子器件封装已经成为了一面专业学科。电子设备封装级的PCB电路板、电子模板热设计、设备电路设计及结构设计之间存在着紧密的联系，并且通常同步进行。其中电子设备封装级热设计最重要的内容就是对PCB电路板基材的选择，覆铜箔层压板的种类、特性是印制电路板设计和制造工艺人员所关心的项目，覆铜板除了在强度、介质系数、绝缘等方面有要求外，同时在热性能方面有其特殊的要求。覆铜板的热性能主要有两个方面： 　　1）覆铜板的耐温性。环氧剥离布覆铜箔层压板有很好的化学稳定性及电性能，其工作温度一般介于零下230℃至260℃之间。而聚酰亚胺覆铜箔层压板除了具有良好的化学稳定性和电性能外，还具有介电系数小和信号传输延迟小等方面的优势。 　　2）覆铜板的导热性能。印制电路板的材料通常会采用一些导热系数高且耐高温的材料。在同等环境下，当环氧玻璃布层压板图形导线温度升高到40℃时，金属芯印制电路板图形导线的温度升高低于20℃。正是由于金属芯印制电路板具有比较好的热性能，因而在电子设备中得到广泛的应用。 　　电子设备的各个部件主要是由塑料封装外壳、铝互连线、硅芯片、氧化硅绝缘膜、金属引线框架等共同组成。这些材料的热膨胀系数各不相同，随着设备的运行内部的温度会产生变化，不同材料部件的交界面会产生压缩、伸拉应力，产生热应力。电子设备的元器件级热设计就是为了防止元器件由于温度交变或是温度够高而出现故障。 　　2 热设计的基本要求 　　2.1 热设计应该满足设备可靠性的要求 　　电子设备运行的时候其输入的电能在元器件作用下下会转化为热能，散发在设备内部，升高设备内部温度。温度的升高将影响设备内部很多元器件的性能，导致元器件失灵，并影响整个设备的正常使用。热设计的最主要目的就是解决设备内部温度过高的问题，通过热设计，利用相关的措施对发热元器件进行散热冷却处理，降低设备内部温度，保证整个设备健康可靠的运行。要保证设备的可靠性，在热设计的时候需要注意以下几点： 　　1）元器件降额应用对设备内部的温度也会有一定的要求，在热设计时要注意满足这一要求。一般情况下，电子工艺设备的机内温度最好保证在45℃～65℃之间，功率较大的设备其机内温度通常也应尽量控制在50℃～70℃之间。 　　2）整机的散热冷却设计方案应该要根据设备的功率密度大小来进行。如果设备的功率密度大于43KW/m3时，可以用水冷却方案；如果功率密度大于12.2kW/m3时，可以利用强制风进行冷却；当功率密度比12.2 kW/m3小时，一般采用自然冷却。 　　3）对发热元器件采取散热措施时应该尽量满足其对热轧的要求。通常，倘若发热元器件对电阻要求在0.0