SJ 20077-1992 微电路应用热设计指南.pdf

1、J、5FDI王. FL 0113 S.J 20077 92 、电， ，、1992-11-19发布1993-05-01实施中国电子工业总公司批准1 范围1. 1 主题内，本标准提供了.2 适用范围中华人民共和国电子行业军用标准, 微电路应用热设计指南Guide of thermal design for microcircuit application 应用的热设计要求、方法和热性能评价.本标准适用于微应用的热设计。2 引用文件GB/T 14278 93 电子设备热设计术语GJB 548 88 微电子器件试验方法和程序GJB 597 88 微电路总规范3 定义本标准采用GB/T14278和GJB

2、597中规定的术语定义.4 一般要求SJ 20077 92 4.1 微电路应用热设计应与电路设计和机械设计同时进行，并4.2 应根据微电路应用的工作特性进行热设计包括常皿、IV冷和加热等各种温度拉技术)，并互相协调，处理好被此之间的矛盾.4.3 微电路应用热设计，应考虑工作环境条件、微电路特性、果用的冷却方法和世备盟誓结构特点等因素的影响，并具备充分的适应能力.4.4 当微电路处于最高的工作温度时，微电路所4.5 应根据热设计的低热阻路径原则，正确术。4.6 微电路应用的热分析与计算，应与必要的模拟试验4. 7 应对微电路应用的热性能进行评价.热应力，应满足可靠性规定的在印制板组装件或设备中的

3、相结合.求。技4.8 应从热控制装置的外形尺寸、重量、能源消艳、结构工艺、评价热设计的经济性和可甲间。、投资费用等各项指标， 5 详细要求中国电子工业总公司1992-11斗9发布1993-05-01 SJ 20077 92 5, 1 冷却方法的选择5. ,. 1 微电路应用时，应根用的工作环境按表1表1 使用环境地冷却方法A、B、D、E、F、G注sA一一空气自然对流及辐射sB一一强迫空气冷却(无安装插牛hC一一强迫空气冷却(有安装插件)I D一一气冷式冷壁有安装插件)I E一一空气换热器捣热(有安装插件)I F一一气冷式怜板:G一-Mfi苦工1.1训且FH一-波体自然对流。A、B、D、E、P、

4、G当的冷却方法。机字航B、C、D、EA、G、H 5 .2 微电路应用时，各种冷却方法可能达到的热流密度，如表2所示。表2冷却方法流密度W/mZ d胁空气自对流及辐射500 强迫空气对流1550 液体自然对流1550 、强迫液体对流 7. 5X 103 气冷式冷板8X103 液冷式冷板8X10 5.2 微电路应用热设计微电路应用热设计，主要是控制微电路的结温(tj湖之超过的指标，即:tj a 电路的能热量.W;散热源的半径，m;SJ 20077 92 Llt一一-e 2a. 电路材料的导热系数.W /(m K)。微的扩展热阻为:式中:Rjc电路的扩展热阻.K/W.A健 R-1 -JC 21ra.

5、 ; 4 图15.2.2 微电路的外热阻(微电路封装外壳至热沉之间传热路径的热阻).表示为:式中:Rex一一微电路的外热阻.K/W;6.tea一一外壳与环境的温差，oc: . . . (6) 式中:tj 的结温.C。5. 2. 2. 2当电路安装于印制板组装件上时(如图2所示其结温为:tj = t. + tb. + (R;., + Reb) 式中:tba一一印制板组装件上的平均温度与环境温度之差.C ; Reb 一一器件外壳与印制板之间的接触热阻.K/W.(7) 5. 2. 2. 3 当装有微电路的印制电路板安装在气冷式冷壁时(如图3所示).其结温为:。.03; , A _ , ., O. 0

6、761 tJtta +lf+Atce十以一十0.25)十以几十R式中g，一一-印制板组装件上的总耗热量，Wpqm一一空气的质量流量.Kg/min;此时一一印制板组装件中心至边缘的温差.C ; B一一印制板组装件的宽度.m.注:式(8)中的0.0761(K!W)为印制电路板边缘至导轨接合面的单位宽度热阻1且4(8) 一3一SJ 20077-92 一、式剧中的。.25(K/W)为玲壁的对流热阻.插件图2、印章电路板守在将、也、艳、飞、飞、飞, ?每壁、冷却气It图35.2.2.4 当微电路安装于冷板换热器时(如图4所示)，其结温为:tj = t. + .t.十(Rjc+ Rcb) (9) tzi$

7、11J 般热吉普/ 安苦苦理整E冒 ./ f.J 11 ，乞:;:，唔 唱ZE唱f/ 1-.11 i / I -. - , w L / 气储,. 6 (a) (b) 图4式中:.t.一一换热器至冷空气进口处的温差，OC。注:换热器至冷空气进口处的温差(t:.t)一般取自空气进口至出口处2/3距离的皿4国5.2.3 大功率多芯片高热流密度的微电路可采用下述液体冷却模式，以控制其结温。a. 导热冷却模式，(如图S(a)、(b)所示:b. 陶瓷芯片基板用液冷式冷板，如图S(c)所示;C. 资芯片基板用微通道冷板，如图S(d)所示;一4一SJ 20077 92 d. 柔性导热体冷却芯片，如图5(e)所

8、示。C CU:1 、 I 0 0 C 2 3 (a) (b) I .Z 3 t:IC1C1c:t (c) (e) 图5(d) 4 3 图注:1一一冷板;2一一导热装置13一一芯片14-一柔性导热体.5.3 微电路的热安装技术5.3. 1 应使耗热的器件均匀地布设于印制板组装件上，对温度敏感的器件应避免靠近辑热的器件。对于采用自然对流冷却的设备，应避免将对温度敏感的器件放置于耗热器件上方。对于采用强迫对流冷却的设备，应将对温度敏感的器件置于冷却剂的进口处冷风口。5.3.2 对微电路应采用正确的安装方法(如图6所示。双列直插胶枯剂组牛空指焊印制电路板徽热(a) (b) (c) 图65.3.3 采用

9、冷板冷却的印制板组装件，应将对温度5.3.4 应采取有效措施减少接触热阻:a. 加大界面的接触压力;b. 加大界面的接触面积;(d) 感的器件放置于紧靠冷板的两。-5一 SJ 20077 92 C. 在界面之间填充具有良好导热性能的材料，如导热硅腊、导热膏、导热胶片司d. 脑小界面的粗糙度.5.3.5 应采取有效措施减小导热热阻za. 尽量缩短传热路径的民度，b. 增大导热面积，C. 采用导热系数高的材料，d. 对某些大功率的?昆合微电路，可将其芯片装在较大的铝片上如图7所示).芯片俨 帽片 , 然流图75.4 冷却剂的5.4.1 采用液体冷却的微电路应正确选择冷却剂和避免冷却剂的世111ft

10、 5. 4. 1. 1 对于采用直接漫横冷却的微电路应注意冷却剂与电气性能的兼容性问晒5.4. 1. 2 组装件外壳应保证其密封性防止冷却剂榄漏和有足够的强度二5.4. 1. 3 采用液冷冷板间接冷却时，应尽量减小辑件与冷板之间的接触热阻.5.4. 1. 4 间接液冷用的换热器，应结构紧凑、传热效率高、便于币萨, 5.4.2 采用蒸发冷却的微电路或其组装件，应注意蒸发冷却剂的选择、微电路的安装方向、换热器的选择、压力效应和温度控制等问ma5.5 热性5.5.1 微电5.5.2 热性件的，应按GJB548中的方法1012规定进行 1. .应包括热分析和热 5. 5. 2. 1 热分析a. 董事立

11、设备稳态工况的热模型Fb. 建立模型的热阻网络图zC. 利用有限差分法或有限元法d. 5. 5.2. 2 热阻热络中的节点较多时，可利用电子计E a. 热测量的目的在于检验热设计的正确程度，-6一，求解热阻网络节点的温度值和温度分助热分析.设计中的问题，为热分析提供数SJ 20077 92 b. 热测量应包括微电路的结温、热阻、壳温或封装表面温度、热时间常数等参数zC:. 测量阱帽的数据，应进行整理和11.嘱5.5.3 编写热性能评价报告时，应根据分析和测量的结果，对热性能进行评价，并提出结论性的意见.附加说明t本标准由中国电子工业总公司科技质量局提出.本标准由中国电子标准化研究所归口.本标准由东南大学和中国电子标准化研究所负责本标准主要起草人:谢德仁、苏翔.项目代号IB04009. 一7一