寻找热量的足迹：电子产品热设计中的温升与热沉

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译者的话
致谢
题词
第一章　我们不贩卖空气
我们的男主人公(作者) 发现他的新同事在产品设计需求中撰写了一些工程传说. 你是否应该测试实际的产品温度. 或者是产品出口处的空气温度?
经验: 所有热问题的核心是元器件结温.

第二章　每一个温度都是一个故事
一个电阻烧掉时有多热? 是否高于或低于焊锡的熔点? 实验室中总是传说元器件烧毁或焊锡熔化. 但实际它们有多热? 冰激凌的理想保存温度是多少?
经验: 在温度标尺上做些标识.

第三章　环境控制不是那么容易
Herbie了解到除非产品最终在恒温箱内工作. 否则恒温箱内进行产品测试并不好.
经验: 自然与强迫对流. 热失效.

第四章　金刚石是GAL 的挚友
通过阅读有关描述环氧树脂热性能的文章可知. 它的热性能要比普通环氧树脂好５０％. 但从热传导的角度而言. 它还是一个绝热体.
经验: 热导率.

第五章　坚守底线
不要告诉ＰＣＢ 设计工程师. 他设计的ＰＣＢ 热性能非常差. 他会将此设计作为唯一的可行设计.
经验: 介绍ＣＦＤ (计算流体动力学).

第六章　什么时候是一个热沉(散热器)？
越来越多来自ＥＥ 世界的很多工程传说谈论铝就像海绵一样具有吸收热量的魔法. 并且将热量释放到另一个世界.
经验: 对流和表面积. 热传导.

第七章　权衡
电气性能、成本和温度三者需要权衡. 所以产品不能温度太低.
经验: 结温工作限制.

第八章　恐惧症
全公司的人都害怕旋转气体加速装置(风扇).
经验: 风扇有着让人们害怕它的缺陷. 所以在最开始的阶段就要仔细考虑它.

第九章　间隙冷却系统
一个系统的冷却仅仅是因为机箱内无意中设计的空气缝隙. 如何预测一个冷却系统的性能真的是门大学问.
经验: 通过手算自然对流流动几乎是不可能的.

第十章　极限
自然对流有极限. 因为大自然不会面对很多竞争. 并且不会努力在流程方面进行改善. 但是计算机芯片正变得越来越热.
经验: 自然和强迫对流冷却.

第十一章　保持头脑冷静
最大风量为２５ＣＦＭ 的风扇. 在系统中却无法提供２５ＣＦＭ 的空气流量. Ｈｅｒｂｉｅ 对此感到疑惑不解. 我只好将风扇在系统中风量的估算图表画在餐巾纸背面. 供他参考.
经验: 风扇性能曲线.

第十二章　易怒的样机
电子元器件的冷却与电源的冷却存在一些差异. 与人体的冷却差别更大. 为一个项目制定热设计目标. 不仅仅只是填写一份表格那么简单.
经验: 工作温度极限.

第十三章　错误数据
元器件的数据手册上写满了各种各样的数据. 然而很多数据通常只在无关紧要的时刻才显得有用. 就像我的测温手表. 只在气温暖和的时候才稍显精准. 当户外天气很热或是很冷的时候. 温度读数往往错得离谱.
经验: 用空气温度来定义元器件的工作温度极限. 这个数据其实没有多大用处.

第十四章　悲观是质量工具
Herbie 和Vlad发现. 两个风扇有时候并不比一个风扇凉快.
经验: 两个并排安装的风扇. 并不是总能提供冗余冷却.

第十五章　风儿吹啊吹
传热学中的伪科学和误解来自于哪里呢? 应该是始于电视天气预报和所谓的“寒风指数”.
经验: 强制对流换热方程.

第十六章　热电偶：最简单的测量温度的方法，却可能测出错误的数据
热电偶是最可靠和最准确的测量温度的方法. 然而. 如果你像Herbie 那样使用热电偶的话. 热电偶也可能测出错误的数据.
经验: 热电偶有可能不能正常工作.

第十七章　CFD 图片很漂亮
计算机仿真能够在电子设备样机出来之前预测其内部电子元器件的温度. 并且可以达到较高的预测精度.
经验: 需要更多关于计算流体动力学(ＣＦＤ) 的知识.
　　
第十八章　过犹不及
从杂志上的照片看. 针状鳍片散热器似乎有更多的散热面积.但是. 为什么它的散热性能没有变得更好?
经验: 强制对流只对平行气流方向的散热器面积起作用.

第十九章　计算机仿真软件是测试设备吗
除了做热仿真的工程师之外. 没有人会相信计算机仿真结果.除了测试工程师本人. 大家都盲目地相信热测试数据. 为什么不将热仿真结果和热测试数据进行比较. 得出一个让所有人都认可的结果呢?
经验: 计算流体动力学(ＣＦＤ) 可以解读温度测试数据.

第二十章　热电三极
有关热电偶的民间传说和争论: 热电偶线的接头应该焊接还是熔接呢? 如果你测量的方法不对. 采用焊接或熔接又有什么关系呢.
经验: 了解热电偶的工作原理.

第二十一章　混乱的对流
自然对流和强制对流本来应该是朋友. 为什么要让它们互掐呢? 好在有芝加哥小熊队[ 美国职业棒球大联盟( ＭＬＢ) 的一支
球队] 的球迷参与其中. 出现自然对流和强制对流互掐的“球迷系统最终失败.
经验: 当自然对流和强制对流在相反的方向上工作时会出现什么问题呢?

第二十二章　视情况而定
一个64引脚的元器件能够散发多少瓦的热量? 机箱需要多大的通风孔? 从印制电路板焊接面散发的热量占总热量的百分比是多少? 这些常见的电子冷却问题的答案都是“视情况而定”.
经验: 元器件封装功率限制及其局限性.

第二十三章　防晒霜是不是烟雾
大学的一项研究声称. 涂了防晒霜的皮肤比裸露的皮肤温度要低２０％. 即使是电子工程师也可以发现. 这个研究结论显然是错误的.
经验: 温度不是一个绝对量.

第二十四章　70℃环境下比50℃环境下的测试结果低
在70℃环境和1000ft/min (5.08m/s) 空气流速下进行的热测试比50℃环境和0ft/min空气流速下的测试更严苛吗? 并不总是
如此.
经验: 对流换热取决于空气速度和温差的组合. 而不仅仅是空气温度.

第二十五章　锅里的水终究会沸腾
实习生Roxanne没有相信关于冷却的传统做法. 传统的热测试流程是: 启动测试后等待1h. 然后记录温度数据. Roxanne没有遵循这一传统测试流程. 她一直等到温度稳定在一个最大值时才开始记录. 然后发现测试结果全变了.
经验: 热时间常数和瞬态对流.

第二十六章　最新的热CD
当你发烧时. 护士有没有给你的舌头下面放一些冰. 然后再给你量量体温. Herbie 想把散热器只放在那个温度测量过热的元器件上.
经验: 一个复杂的装配可能不仅仅是一个单一的工作温度限值. 这个限值可能会在不同环境条件下改变.

第二十七章　什么是1W
一个耗散１W热量的元器件有多热? 就像房地产一样. 这取决于位置、位置、位置.
经验: 对流＋ 传导＝ 耦合传热. 一个棘手的问题可以影响你的直觉.

　
第二十八章　热阻神话
找到结温是一切的关键. 但事实证明. 计算它的唯一方法是基于上古神话而不是物理公式. 就如柯克船长说的“ 事实上所有的传说都有一些事实依据. 在更好的事物出现之前. 你只能坚信这个神话.
经验: 传导；结和外壳之间的热阻定义。

第二十九章　热电制冷器是热的
电气工程师喜欢这些全电子化的制冷器.Herbie 提议在新系统中使用它们. 后来放弃了. 因为他了解到热电制冷器不仅花费巨大. 而且它们还要求有风扇和散热器. 并且会使元器件比不使用制冷器时更热. 如果它们根据制造商宣传的那样进行工作. 为什么它们还那么糟糕?
经验: 珀尔帖效应冷却.

第三十章　纸牌屋
即便是专家也曾迷信一些神话. 深夜的忏悔显示通过控制电子设备温度来提高它们的性能和可靠性的方法并不像声称的那么厉害. 希望不久的将来. 科技的进步能够在不颠覆整件事情的情况下为这个“纸牌屋” 打下一个坚实的基础. 为什么没有任何人担心?
经验: 电子设备的温度和可靠性之间的关系没有那么科学.

Herbie 的准备工作助手
如果我让你对于热交换和电子散热或者是关于本书中的任何内容充满兴趣. 你可以从以下这些资料中找到更为详细的说明.