电气设备的热分析

市场对更小、更密集的半导体芯片的需求迫使制造商生产的半导体设备能够突破现有能力的极限，同时需要精密工程以获得可靠的结果。“在电子领域，对于材料和热管理而言，成本效益是一个关键因素，”3M 先进材料部高级专家史蒂夫阿莫斯在接受电力电子新闻采访时说。“这不像仅仅考虑材料成本那么简单。它正在考虑材料的利用率、使用量以及其性能与成本的关系。例如，虽然一些先进材料更昂贵，但它们的性能允许使用更少的体积或质量。我认为陶瓷纤维与玻璃纤维相比，氮化硼与石墨相比，或玻璃气泡与固体二氧化硅相比。需要进行成本效益分析以做出最佳选择，而不仅仅是比较价格标签。”

高温：负面影响

电气和电子元件的可靠性和耐用性受温度影响。温度问题通常是小工具故障的原因。电路温度升高会导致设备过早老化，而低温会促进冷凝形成，从而损坏电子设备并导致腐蚀。功率和高温密不可分。在每个系统中，一小部分功率会转化为未使用的热量。功率电路、逆变器、转换器、斩波器和产生大量热量的电源就是这种情况，特别是如果它们的设计不当。

如果功率器件按照优良的结构标准、符合法规、遵循操作限制、采用快速开关元件并具有最小的散热，则系统将在更低的温度下以更高的效率运行。效率损失是电路中高温的最严重后果之一。集成电路和电子元件通常会受到高温的损害。高温不仅使系统不安全，而且还会缩短组件的平均寿命，导致它们劣化。

热管理

电子元件和电路的适当热管理是确保系统在所有操作条件下正确运行和可靠性的基本要求。当前电子设备逐渐小型化的趋势，以及对功率密度的需求不断增加，将热管理问题置于前台，特别是对于最新一代的功率设备。

“在系统层面，小型化和大幅降低设备质量已经在考虑之中，”Amos 说。“更少的热质量应该使热管理更容易。”

此外，据 Amos 称，当今影响电子行业的一些最大挑战是围绕供应链和材料供应：“我们已经看到需求增加和供应链的供应中断，供应链不那么灵活。我会鼓励原始设备制造商考虑新的供应来源、更多区域性和合格的替代材料，他们可能已经在管道中但没有理由进一步追求。”

5G和高功率市场确实推动了不同的基板和材料考虑，因为它们正在应对不同的挑战。“5G 正在处理具有成本效益的低损耗材料，而高功率正在处理热管理，”阿莫斯说。“3M 很高兴帮助客户满足这些具有挑战性的材料需求。”

电气设备的热分析是确保系统稳定性必不可少的步骤，对于小型化和高性能的设备来说更为重要。热分析一般计算工作条件的范围和零件之间的热传导。设计人员研究了热空气路径，以避免在电路中形成气泡。热量可以通过风扇的强制对流和自然对流来消散。电子能量转换电路的功能取决于设计者的计算。电子设计师面临的最大挑战之一是重现或模拟最严酷的工作条件，即电子设备承受高热应力的条件。　　

      审核编辑：彭静