尋找熱量的足跡：電子產(chǎn)品熱設(shè)計(jì)中的溫升與熱沉

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譯者的話
致謝
題詞
第一章　我們不販賣空氣
我們的男主人公(作者) 發(fā)現(xiàn)他的新同事在產(chǎn)品設(shè)計(jì)需求中撰寫(xiě)了一些工程傳說(shuō). 你是否應(yīng)該測(cè)試實(shí)際的產(chǎn)品溫度. 或者是產(chǎn)品出口處的空氣溫度?
經(jīng)驗(yàn): 所有熱問(wèn)題的核心是元器件結(jié)溫.

第二章　每一個(gè)溫度都是一個(gè)故事
一個(gè)電阻燒掉時(shí)有多熱? 是否高于或低于焊錫的熔點(diǎn)? 實(shí)驗(yàn)室中總是傳說(shuō)元器件燒毀或焊錫熔化. 但實(shí)際它們有多熱? 冰激凌的理想保存溫度是多少?
經(jīng)驗(yàn): 在溫度標(biāo)尺上做些標(biāo)識(shí).

第三章　環(huán)境控制不是那么容易
Herbie了解到除非產(chǎn)品最終在恒溫箱內(nèi)工作. 否則恒溫箱內(nèi)進(jìn)行產(chǎn)品測(cè)試并不好.
經(jīng)驗(yàn): 自然與強(qiáng)迫對(duì)流. 熱失效.

第四章　金剛石是GAL 的摯友
通過(guò)閱讀有關(guān)描述環(huán)氧樹(shù)脂熱性能的文章可知. 它的熱性能要比普通環(huán)氧樹(shù)脂好５０％. 但從熱傳導(dǎo)的角度而言. 它還是一個(gè)絕熱體.
經(jīng)驗(yàn): 熱導(dǎo)率.

第五章　堅(jiān)守底線
不要告訴ＰＣＢ 設(shè)計(jì)工程師. 他設(shè)計(jì)的ＰＣＢ 熱性能非常差. 他會(huì)將此設(shè)計(jì)作為唯一的可行設(shè)計(jì).
經(jīng)驗(yàn): 介紹ＣＦＤ (計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)).

第六章　什么時(shí)候是一個(gè)熱沉(散熱器)？
越來(lái)越多來(lái)自ＥＥ 世界的很多工程傳說(shuō)談?wù)撲X就像海綿一樣具有吸收熱量的魔法. 并且將熱量釋放到另一個(gè)世界.
經(jīng)驗(yàn): 對(duì)流和表面積. 熱傳導(dǎo).

第七章　權(quán)衡
電氣性能、成本和溫度三者需要權(quán)衡. 所以產(chǎn)品不能溫度太低.
經(jīng)驗(yàn): 結(jié)溫工作限制.

第八章　恐懼癥
全公司的人都害怕旋轉(zhuǎn)氣體加速裝置(風(fēng)扇).
經(jīng)驗(yàn): 風(fēng)扇有著讓人們害怕它的缺陷. 所以在最開(kāi)始的階段就要仔細(xì)考慮它.

第九章　間隙冷卻系統(tǒng)
一個(gè)系統(tǒng)的冷卻僅僅是因?yàn)闄C(jī)箱內(nèi)無(wú)意中設(shè)計(jì)的空氣縫隙. 如何預(yù)測(cè)一個(gè)冷卻系統(tǒng)的性能真的是門(mén)大學(xué)問(wèn).
經(jīng)驗(yàn): 通過(guò)手算自然對(duì)流流動(dòng)幾乎是不可能的.

第十章　極限
自然對(duì)流有極限. 因?yàn)榇笞匀徊粫?huì)面對(duì)很多競(jìng)爭(zhēng). 并且不會(huì)努力在流程方面進(jìn)行改善. 但是計(jì)算機(jī)芯片正變得越來(lái)越熱.
經(jīng)驗(yàn): 自然和強(qiáng)迫對(duì)流冷卻.

第十一章　保持頭腦冷靜
最大風(fēng)量為２５ＣＦＭ 的風(fēng)扇. 在系統(tǒng)中卻無(wú)法提供２５ＣＦＭ 的空氣流量. Ｈｅｒｂｉｅ 對(duì)此感到疑惑不解. 我只好將風(fēng)扇在系統(tǒng)中風(fēng)量的估算圖表畫(huà)在餐巾紙背面. 供他參考.
經(jīng)驗(yàn): 風(fēng)扇性能曲線.

第十二章　易怒的樣機(jī)
電子元器件的冷卻與電源的冷卻存在一些差異. 與人體的冷卻差別更大. 為一個(gè)項(xiàng)目制定熱設(shè)計(jì)目標(biāo). 不僅僅只是填寫(xiě)一份表格那么簡(jiǎn)單.
經(jīng)驗(yàn): 工作溫度極限.

第十三章　錯(cuò)誤數(shù)據(jù)
元器件的數(shù)據(jù)手冊(cè)上寫(xiě)滿了各種各樣的數(shù)據(jù). 然而很多數(shù)據(jù)通常只在無(wú)關(guān)緊要的時(shí)刻才顯得有用. 就像我的測(cè)溫手表. 只在氣溫暖和的時(shí)候才稍顯精準(zhǔn). 當(dāng)戶外天氣很熱或是很冷的時(shí)候. 溫度讀數(shù)往往錯(cuò)得離譜.
經(jīng)驗(yàn): 用空氣溫度來(lái)定義元器件的工作溫度極限. 這個(gè)數(shù)據(jù)其實(shí)沒(méi)有多大用處.

第十四章　悲觀是質(zhì)量工具
Herbie 和Vlad發(fā)現(xiàn). 兩個(gè)風(fēng)扇有時(shí)候并不比一個(gè)風(fēng)扇涼快.
經(jīng)驗(yàn): 兩個(gè)并排安裝的風(fēng)扇. 并不是總能提供冗余冷卻.

第十五章　風(fēng)兒吹啊吹
傳熱學(xué)中的偽科學(xué)和誤解來(lái)自于哪里呢? 應(yīng)該是始于電視天氣預(yù)報(bào)和所謂的“寒風(fēng)指數(shù)”.
經(jīng)驗(yàn): 強(qiáng)制對(duì)流換熱方程.

第十六章　熱電偶：最簡(jiǎn)單的測(cè)量溫度的方法，卻可能測(cè)出錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)
熱電偶是最可靠和最準(zhǔn)確的測(cè)量溫度的方法. 然而. 如果你像Herbie 那樣使用熱電偶的話. 熱電偶也可能測(cè)出錯(cuò)誤的數(shù)據(jù).
經(jīng)驗(yàn): 熱電偶有可能不能正常工作.

第十七章　CFD 圖片很漂亮
計(jì)算機(jī)仿真能夠在電子設(shè)備樣機(jī)出來(lái)之前預(yù)測(cè)其內(nèi)部電子元器件的溫度. 并且可以達(dá)到較高的預(yù)測(cè)精度.
經(jīng)驗(yàn): 需要更多關(guān)于計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(ＣＦＤ) 的知識(shí).
　　
第十八章　過(guò)猶不及
從雜志上的照片看. 針狀鰭片散熱器似乎有更多的散熱面積.但是. 為什么它的散熱性能沒(méi)有變得更好?
經(jīng)驗(yàn): 強(qiáng)制對(duì)流只對(duì)平行氣流方向的散熱器面積起作用.

第十九章　計(jì)算機(jī)仿真軟件是測(cè)試設(shè)備嗎
除了做熱仿真的工程師之外. 沒(méi)有人會(huì)相信計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果.除了測(cè)試工程師本人. 大家都盲目地相信熱測(cè)試數(shù)據(jù). 為什么不將熱仿真結(jié)果和熱測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行比較. 得出一個(gè)讓所有人都認(rèn)可的結(jié)果呢?
經(jīng)驗(yàn): 計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(ＣＦＤ) 可以解讀溫度測(cè)試數(shù)據(jù).

第二十章　熱電三極
有關(guān)熱電偶的民間傳說(shuō)和爭(zhēng)論: 熱電偶線的接頭應(yīng)該焊接還是熔接呢? 如果你測(cè)量的方法不對(duì). 采用焊接或熔接又有什么關(guān)系呢.
經(jīng)驗(yàn): 了解熱電偶的工作原理.

第二十一章　混亂的對(duì)流
自然對(duì)流和強(qiáng)制對(duì)流本來(lái)應(yīng)該是朋友. 為什么要讓它們互掐呢? 好在有芝加哥小熊隊(duì)[ 美國(guó)職業(yè)棒球大聯(lián)盟( ＭＬＢ) 的一支
球隊(duì)] 的球迷參與其中. 出現(xiàn)自然對(duì)流和強(qiáng)制對(duì)流互掐的“球迷系統(tǒng)最終失敗.
經(jīng)驗(yàn): 當(dāng)自然對(duì)流和強(qiáng)制對(duì)流在相反的方向上工作時(shí)會(huì)出現(xiàn)什么問(wèn)題呢?

第二十二章　視情況而定
一個(gè)64引腳的元器件能夠散發(fā)多少瓦的熱量? 機(jī)箱需要多大的通風(fēng)孔? 從印制電路板焊接面散發(fā)的熱量占總熱量的百分比是多少? 這些常見(jiàn)的電子冷卻問(wèn)題的答案都是“視情況而定”.
經(jīng)驗(yàn): 元器件封裝功率限制及其局限性.

第二十三章　防曬霜是不是煙霧
大學(xué)的一項(xiàng)研究聲稱. 涂了防曬霜的皮膚比裸露的皮膚溫度要低２０％. 即使是電子工程師也可以發(fā)現(xiàn). 這個(gè)研究結(jié)論顯然是錯(cuò)誤的.
經(jīng)驗(yàn): 溫度不是一個(gè)絕對(duì)量.

第二十四章　70℃環(huán)境下比50℃環(huán)境下的測(cè)試結(jié)果低
在70℃環(huán)境和1000ft/min (5.08m/s) 空氣流速下進(jìn)行的熱測(cè)試比50℃環(huán)境和0ft/min空氣流速下的測(cè)試更嚴(yán)苛嗎? 并不總是
如此.
經(jīng)驗(yàn): 對(duì)流換熱取決于空氣速度和溫差的組合. 而不僅僅是空氣溫度.

第二十五章　鍋里的水終究會(huì)沸騰
實(shí)習(xí)生Roxanne沒(méi)有相信關(guān)于冷卻的傳統(tǒng)做法. 傳統(tǒng)的熱測(cè)試流程是: 啟動(dòng)測(cè)試后等待1h. 然后記錄溫度數(shù)據(jù). Roxanne沒(méi)有遵循這一傳統(tǒng)測(cè)試流程. 她一直等到溫度穩(wěn)定在一個(gè)最大值時(shí)才開(kāi)始記錄. 然后發(fā)現(xiàn)測(cè)試結(jié)果全變了.
經(jīng)驗(yàn): 熱時(shí)間常數(shù)和瞬態(tài)對(duì)流.

第二十六章　最新的熱CD
當(dāng)你發(fā)燒時(shí). 護(hù)士有沒(méi)有給你的舌頭下面放一些冰. 然后再給你量量體溫. Herbie 想把散熱器只放在那個(gè)溫度測(cè)量過(guò)熱的元器件上.
經(jīng)驗(yàn): 一個(gè)復(fù)雜的裝配可能不僅僅是一個(gè)單一的工作溫度限值. 這個(gè)限值可能會(huì)在不同環(huán)境條件下改變.

第二十七章　什么是1W
一個(gè)耗散１W熱量的元器件有多熱? 就像房地產(chǎn)一樣. 這取決于位置、位置、位置.
經(jīng)驗(yàn): 對(duì)流＋ 傳導(dǎo)＝ 耦合傳熱. 一個(gè)棘手的問(wèn)題可以影響你的直覺(jué).

　
第二十八章　熱阻神話
找到結(jié)溫是一切的關(guān)鍵. 但事實(shí)證明. 計(jì)算它的唯一方法是基于上古神話而不是物理公式. 就如柯克船長(zhǎng)說(shuō)的“ 事實(shí)上所有的傳說(shuō)都有一些事實(shí)依據(jù). 在更好的事物出現(xiàn)之前. 你只能堅(jiān)信這個(gè)神話.
經(jīng)驗(yàn): 傳導(dǎo)；結(jié)和外殼之間的熱阻定義。

第二十九章　熱電制冷器是熱的
電氣工程師喜歡這些全電子化的制冷器.Herbie 提議在新系統(tǒng)中使用它們. 后來(lái)放棄了. 因?yàn)樗私獾綗犭娭评淦鞑粌H花費(fèi)巨大. 而且它們還要求有風(fēng)扇和散熱器. 并且會(huì)使元器件比不使用制冷器時(shí)更熱. 如果它們根據(jù)制造商宣傳的那樣進(jìn)行工作. 為什么它們還那么糟糕?
經(jīng)驗(yàn): 珀?duì)柼?yīng)冷卻.

第三十章　紙牌屋
即便是專家也曾迷信一些神話. 深夜的懺悔顯示通過(guò)控制電子設(shè)備溫度來(lái)提高它們的性能和可靠性的方法并不像聲稱的那么厲害. 希望不久的將來(lái). 科技的進(jìn)步能夠在不顛覆整件事情的情況下為這個(gè)“紙牌屋” 打下一個(gè)堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ). 為什么沒(méi)有任何人擔(dān)心?
經(jīng)驗(yàn): 電子設(shè)備的溫度和可靠性之間的關(guān)系沒(méi)有那么科學(xué).

Herbie 的準(zhǔn)備工作助手
如果我讓你對(duì)于熱交換和電子散熱或者是關(guān)于本書(shū)中的任何內(nèi)容充滿興趣. 你可以從以下這些資料中找到更為詳細(xì)的說(shuō)明.