系统热设计与仿真：全面优化策略

在电子设备的设计中，一直需要解决小型化、高效化、EMC(电磁兼容性)等课题，近年来，半导体元器件 的热对策已经越来越受到重视，半导体元器件的热设计已成为新的课题。

由于“热”涉及到元器件和设备的性能、可靠性以及安全性，因此一直以来都是重要研究项目之一。近年来对电子设备的要求已经发生变化，因此有必要重新审视以往的方法。

什么是热设计?

半导体元器件规定了封装内部的芯片温度，即结点(接合部)温度的绝对最大额定值Tjmax。在设计时，需要对发热和环境温度进行研究，以确保产品的结温不超过Tjmax。因此，会对所有要使用的半导体元器件进行热计算，以确认是否超过了Tjmax。如果可能超过Tjmax，就要采取降低损耗或散热措施，以使Tjmax保持在最大额定值范围之内。简而言之，这就是热设计。

当然，在电子设备中不仅使用半导体产品，而且还使用电容器 、电阻及电机等各种部件，并且每个部件都具有与温度和功耗有关的绝对最大额定值，因此，在实际设计时，组成设备的所有部件都不能超过温度相关的最大额定值 。

在设计阶段进行良好热设计的必要性

如果在设计阶段没有认真地进行热设计并采取相应的措施，可能会在产品试制阶段甚至要投入量产时发现热引起的问题。虽然问题不仅限于热，但是越接近量产阶段，采取对策所需的时间越多，成本也越高，甚至会出现产品交货延迟，导致错失商机的大问题。最坏的情况是在市场中才出现问题，从而导致召回和信用问题。

尽管我们不愿意去想象热引发的问题，但热处理 不当非常有可能引发冒烟、起火、甚至火灾等涉及人身安全的问题，所以，热设计从根本上讲是非常重要的。因此，从开始阶段就必须切实地做好热设计。

热设计越来越重要

近年来，对于电子设备来说，小型化和高性能化 的要求已变得理所当然，也因此促进了进一步集成化 。具体来讲表现为元器件数量更多，电路板 上的安装密度更高，外壳尺寸更小。结果是导致发热密度显著增加。

首先需要认识到的是，随技术发展趋势的变化，热设计变得比以往任何时候都更加严苛。如前所述，设备不仅要求元器件日益“小型化”和“高性能化”，而且还要求出色的“设计灵活性”，因此热对策(散热措施)已经成为一个很大的课题。由于热设计有助于提高设备的可靠性、安全性并降低总成本，因而变得越来越重要。

除了散热本身，同时还存在噪音问题、散热系统的功耗 问题，这些都需要根据实际的应用场景，采用合理的搭配，在做好散热的同时，能够有最高效率的能耗和使用体验。
如果您是老板，项目前期先进性热设计，可以大大节省研发人员的配置和投入；
如果您是项目经理 ，先进行热设计，可以确保项目按时完成，避免因热设计问题导致项目推翻重来或者部分组件开发拖后腿；
如果您是结构设计人员，加上热设计的配合，可以确保更高的成功几率，加快项目开发 进程
如果您是市场人员，好的热设计，不仅可以加快产品的上市，抢得先机，更能创造卖点，赢得口碑（参考各手机厂发布会对于散热系统 的浓墨重彩）。

关键要点:

1>简言之，半导体元器件的热设计旨在将半导体元器件的Tjmax保持在最大额定值内。
2>如果在设计阶段没有认真对待半导体元器件的热设计，那么可能会在试制阶段或投入量产之前出现问题。
3>越接近量产，对策所需时间越多、成本也越高，甚至会出现产品交货延迟，导致错失商机的大问题。
4>最坏的情况是投放到市场后才出现问题，从而导致召回和信用问题，因此半导体元器件的热设计从根本上讲非常重要。

服务内容：

艾为赛（http://evercyan.com）设计团队面向所有企业提供系统化的散热方案设计服务，帮助用户在产品设计初期即开始规划热管理方案及成本的问题，使用FloTHERM或ICEPAK等热仿真软件，给出热设计方案的仿真报告，并提供从前期热仿真模拟 、结构设计调整建议、中期样品测试、后期生产服务全链条散热方案，资深热设计转接和热传产品制造专家全程辅导。

1>给出结构设计调整建议，包括风扇，壳体，热管，VC均热板，散热鳍片，风冷系统或液冷系统、热界面材料等选型
2>根据客户的实际应用场景、应用领域、性能要求等级，根据客户的3D模型、零部件参数要求，通过热仿真软件仿真模拟，给出相关的仿真报告
3>为储能电池、电机、机房、BGA类器件、CPU芯片、LED灯珠、IGBT模块、功放模块等提供自然冷却、风冷、液冷热、热电冷却等热管理系统方案。

热设计/仿真需要明确的参数信息
热设计和仿真，需要相对比较准确的参数输入。详见下面列表。如果有些参数不太确认，我们可以协助客户分析。
1>环境定义：环境温度，海拔高度 ，重力方向，室内或室外
2>安装方式：
3>尺寸信息：结构3D图纸，体积要求，长宽高要求
4>功耗信息：整机功耗，具体模块机及关键芯片热耗，以及其他所有发热元件功耗及位置
5>PCB布局：器件在PCB上的位置定义
6>相关规格书：器件热属性，热阻 ，尺寸等
7>材料信息：导热材料，机箱材料，表面处理等
8>散热方式：自然冷却，强迫风冷 ，液体冷却，热电冷却等，我们也可根据实际情况给出建议

参考阅读：

热设计的目的和热设计的流程简介
常用的热力学热仿真软件有哪些？各自的特点和应用领域是什么？
热设计培训