尋找熱量的足跡：電子產(chǎn)品熱設計中的溫升與熱沉

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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)品設計需求中撰寫了一些工程傳說. 你是否應該測試實際的產(chǎn)品溫度. 或者是產(chǎn)品出口處的空氣溫度?
經(jīng)驗: 所有熱問題的核心是元器件結(jié)溫.

第二章　每一個溫度都是一個故事
一個電阻燒掉時有多熱? 是否高于或低于焊錫的熔點? 實驗室中總是傳說元器件燒毀或焊錫熔化. 但實際它們有多熱? 冰激凌的理想保存溫度是多少?
經(jīng)驗: 在溫度標尺上做些標識.

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)進行產(chǎn)品測試并不好.
經(jīng)驗: 自然與強迫對流. 熱失效.

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

第五章　堅守底線
不要告訴ＰＣＢ 設計工程師. 他設計的ＰＣＢ 熱性能非常差. 他會將此設計作為唯一的可行設計.
經(jīng)驗: 介紹ＣＦＤ (計算流體動力學).

第六章　什么時候是一個熱沉(散熱器)？
越來越多來自ＥＥ 世界的很多工程傳說談論鋁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世界.
經(jīng)驗: 對流和表面積. 熱傳導.

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: 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(風扇).
經(jīng)驗: 風扇有著讓人們害怕它的缺陷. 所以在最開始的階段就要仔細考慮它.

第九章　間隙冷卻系統(tǒng)
一個系統(tǒng)的冷卻僅僅是因為機箱內(nèi)無意中設計的空氣縫隙. 如何預測一個冷卻系統(tǒng)的性能真的是門大學問.
經(jīng)驗: 通過手算自然對流流動幾乎是不可能的.

第十章　極限
自然對流有極限. 因為大自然不會面對很多競爭. 并且不會努力在流程方面進行改善. 但是計算機芯片正變得越來越熱.
經(jīng)驗: 自然和強迫對流冷卻.

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

第十二章　易怒的樣機
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. 為一個項目制定熱設計目標. 不僅僅只是填寫一份表格那么簡單.
經(jīng)驗: 工作溫度極限.

第十三章　錯誤數(shù)據(jù)
元器件的數(shù)據(jù)手冊上寫滿了各種各樣的數(shù)據(jù). 然而很多數(shù)據(jù)通常只在無關緊要的時刻才顯得有用. 就像我的測溫手表. 只在氣溫暖和的時候才稍顯精準. 當戶外天氣很熱或是很冷的時候. 溫度讀數(shù)往往錯得離譜.
經(jīng)驗: 用空氣溫度來定義元器件的工作溫度極限. 這個數(shù)據(jù)其實沒有多大用處.

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

第十五章　風兒吹啊吹
傳熱學中的偽科學和誤解來自于哪里呢? 應該是始于電視天氣預報和所謂的“寒風指數(shù)”.
經(jīng)驗: 強制對流換熱方程.

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

第十七章　CFD 圖片很漂亮
計算機仿真能夠在電子設備樣機出來之前預測其內(nèi)部電子元器件的溫度. 并且可以達到較高的預測精度.
經(jīng)驗: 需要更多關于計算流體動力學(ＣＦＤ) 的知識.
　　
第十八章　過猶不及
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有變得更好?
經(jīng)驗: 強制對流只對平行氣流方向的散熱器面積起作用.

第十九章　計算機仿真軟件是測試設備嗎
除了做熱仿真的工程師之外. 沒有人會相信計算機仿真結(jié)果.除了測試工程師本人. 大家都盲目地相信熱測試數(shù)據(jù). 為什么不將熱仿真結(jié)果和熱測試數(shù)據(jù)進行比較. 得出一個讓所有人都認可的結(jié)果呢?
經(jīng)驗: 計算流體動力學(ＣＦＤ) 可以解讀溫度測試數(shù)據(jù).

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

第二十一章　混亂的對流
自然對流和強制對流本來應該是朋友. 為什么要讓它們互掐呢? 好在有芝加哥小熊隊[ 美國職業(yè)棒球大聯(lián)盟( ＭＬＢ) 的一支
球隊] 的球迷參與其中. 出現(xiàn)自然對流和強制對流互掐的“球迷系統(tǒng)最終失敗.
經(jīng)驗: 當自然對流和強制對流在相反的方向上工作時會出現(xiàn)什么問題呢?

第二十二章　視情況而定
一個64引腳的元器件能夠散發(fā)多少瓦的熱量? 機箱需要多大的通風孔? 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? 這些常見的電子冷卻問題的答案都是“視情況而定”.
經(jīng)驗: 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
大學的一項研究聲稱. 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). 這個研究結(jié)論顯然是錯誤的.
經(jīng)驗: 溫度不是一個絕對量.

第二十四章　70℃環(huán)境下比50℃環(huán)境下的測試結(jié)果低
在70℃環(huán)境和1000ft/min (5.08m/s) 空氣流速下進行的熱測試比50℃環(huán)境和0ft/min空氣流速下的測試更嚴苛嗎? 并不總是
如此.
經(jīng)驗: 對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　鍋里的水終究會沸騰
實習生Roxanne沒有相信關于冷卻的傳統(tǒng)做法. 傳統(tǒng)的熱測試流程是: 啟動測試后等待1h. 然后記錄溫度數(shù)據(jù). Roxanne沒有遵循這一傳統(tǒng)測試流程. 她一直等到溫度穩(wěn)定在一個最大值時才開始記錄. 然后發(fā)現(xiàn)測試結(jié)果全變了.
經(jīng)驗: 熱時間常數(shù)和瞬態(tài)對流.

第二十六章　最新的熱CD
當你發(fā)燒時. 護士有沒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溫度測量過熱的元器件上.
經(jīng)驗: 一個復雜的裝配可能不僅僅是一個單一的工作溫度限值. 這個限值可能會在不同環(huán)境條件下改變.

第二十七章　什么是1W
一個耗散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: 對流＋ 傳導＝ 耦合傳熱. 一個棘手的問題可以影響你的直覺.

　
第二十八章　熱阻神話
找到結(jié)溫是一切的關鍵. 但事實證明. 計算它的唯一方法是基于上古神話而不是物理公式. 就如柯克船長說的“ 事實上所有的傳說都有一些事實依據(jù). 在更好的事物出現(xiàn)之前. 你只能堅信這個神話.
經(jīng)驗: 傳導；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. 后來放棄了. 因為他了解到熱電制冷器不僅花費巨大. 而且它們還要求有風扇和散熱器. 并且會使元器件比不使用制冷器時更熱. 如果它們根據(jù)制造商宣傳的那樣進行工作. 為什么它們還那么糟糕?
經(jīng)驗: 珀爾帖效應冷卻.

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控制電子設備溫度來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. 科技的進步能夠在不顛覆整件事情的情況下為這個“紙牌屋” 打下一個堅實的基礎. 為什么沒有任何人擔心?
經(jīng)驗: 電子設備的溫度和可靠性之間的關系沒有那么科學.

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