幽默的語言承載著寶貴的工程經驗 豐富的案例全是了重要的設計理念。
基本介紹
- 書名：笑談熱設計
- 作者：(美)Tony Kordyban
- 譯者：李波
- ISBN：978-7-111-48045-7
- 頁數：162
- 定價：49.00
- 出版社：機械工業出版社
- 出版時間：2014年10月
- 裝幀：平裝
- 開本：16
內容簡介,目錄,
內容簡介
本書共分7章，第1章主要談論電子設備熱測試。第2章以風扇為主線，介紹了風扇在實際套用中的諸多特點和限制，從實際的角度選擇和套用風扇。第3章介紹了電子設備中常見的元器件和材料，同樣從實際套用的角度來考慮它們的熱設計限制和特點。第4章是關於輻射熱交換在電子設備散熱中作用的闡述。第5章的內容圍繞JEDEC組織推出的相關通信標準展開。第6章是一些獨立的熱設計故事集合。最後一章作者分享了過往在通信行業熱設計中的趣事。
本書具有措辭詼諧幽默，內容豐富、貼近實際產品和涉及行業廣泛等特點。書中詼諧的言語承載著寶貴的經驗知識，實乃電子設備熱設計行業難得一見的好書。
本書可以作為電子設備熱設計從業人員的參考用書，同時也可以作為電子工程師、結構工程師的工作擴展讀物，淺顯易懂的表述可以讓不具備傳熱與流體力學背景的工程師了解熱設計的特點和規律。此外，對於將來有志於從事電子設備熱設計的讀者而言，同樣具有較大的參考價值。
目錄
介紹
第1章 測量與測試：直接從實驗室得到錯誤的結果
1.1 最惡劣條件
測試要求註明產品溫度測試是在“熱最惡劣條件”下進行的。但可靠性部門，安規部門以及客戶和熱工程師對於最惡劣條件都有自己的理解。
1.2 可靠性測試
可靠性測試恆溫箱中的風扇使空氣反方向流過你的產品。這是不是一個公平的測試？或者說它是否告訴你一些關於產品設計是否正確的信息？
1.3 五指測溫儀
為什麼你的手不是一個很好的熱感測器。不僅僅是因為校核的原因，而且你的手確實有可能會被燙傷。
1.4 注意熱電偶類型
不同類型熱電偶線具有不同顏色是有原因的。你不能通過直覺來確定不同類型熱電偶的差異。這需要仔細判斷。
1.5 排列組合增加職業安全感
或許在機櫃中將產品堆疊放置並且使用一個大風扇進行冷卻是個不錯的方案。但也有不少關於散熱的原因不建議採用這種設計。不計其數的硬體配置組合可能需要你進行幾年的熱測試。
1.6 熱功耗隨溫度發生變化
對於一些元件而言，它們的熱功耗取決於元件的溫度。有時候它們的熱功耗會隨著溫度的上升而上升，有時候卻會隨著溫度的上升而下降。在這種情況時，在室溫下測試得到的結果會與高溫下測試得到的結果相反。
1.7 如何評估熱仿真精度
這是一個關於評估的故事，你是如何使用百分比誤差去得到任何你想要的結果。熱設計一個很重要的評估是測試產品工作是否良好，通常採用的是溫差而不是絕對溫度。
第2章 風扇：增加空氣流動和冷卻系統的尺寸
2.1空間和資源
老闆最終同意給我一些熱分析的資源。但由於你不得不與其他人分享原本就狹小的辦公室，我們之間難免磕磕碰碰。當風扇被並排很近布置時，同樣的事情也在所難免。
2.2風扇進風空間
市場部的同事問為什麼風扇需要一個如此之大的進風空間。我通過一卷膠帶和一個吸管向他進行演示。
2.3 流阻最小的路徑
當空氣有多條流動路徑可供選擇時，它不總是沿著流阻最小的路徑。似乎更符合墨菲定律。
2.4 難以理解的流動
一個被反覆詢問的問題是“直線英尺每分鐘（LFM）與立方英尺每分鐘（CFM）的差異”。通過使用熔化的美國乳酪解釋何為不可壓流動。
2.5 不正確的冷卻系統冗餘
何貝想使用一個類似他個人電腦中的風扇/散熱器模組。增加一個風扇/散熱器模組是提升還是降低了電路板的可靠性？
2.6 正確的風扇轉動方向
元件的溫度是否會取決於冷卻風扇的旋轉方向？對於越接近風扇的元件，風扇旋轉方向對其的影響越大。
2.7 溫度和噪音
強迫空氣冷卻的一個重要限制是風扇的噪音。根據風扇定律，隨著風扇轉速的上升，風扇流量變大，其噪音也不斷增加。
2.8 各種元件溫升限制
一個電台脫口秀主持人發現當人們關注於元件的溫度時，往往會忽視風扇其實也是一個元件，並且它也具有工作溫度的限制。
第3章 元件和材料：很多元件有時就是一個問題
3.1在條件允許範圍內無法工作
電子元件有一個工作溫度限制是否有意義？元件溫度超過限制1℃時，是否會燒掉。是否會在功能方面有所衰退，是否會減少其工作壽命？如果元件供應商願意告訴我們，那是不是會更好？
3.2 選擇合適的熔斷器
熔斷器很容易被忽略，但一些常見熔斷器的工作溫度需要被降額。因為它們不產生熱量，但不意味著它們不會變熱。
3.3 當它發熱，所有的熱都會進池子
對於封裝元件而言，PCB板是否可以扮演一個散熱器的角色？也許可以，但一個關於泳池中頑皮小孩的故事解釋了這個想法的局限性。
3.4 不考慮電容？
由於假設PCB板上的電容不產生熱量和電容數量的原因，在進行PCB板的熱分析時，你往往會忽略所有的電容。但電容也會產生熱量，並且它們的特性會隨著溫度發生偏移。
3.5 擋板溫升
擋板經常被用於改變設備出口熱空氣的流動方向，以避免這些熱空氣被其它設備吸入。由於熱量可以通過熱傳導方式通過擋板，所以擋板無法使相鄰設備之間絕熱。或許將擋板的材料由金屬換成塑膠會有所幫助。但不要這么指望。
3.6 24K金散熱器
計算機超頻愛好者被兜售鍍金散熱器去降低處理器的溫度。從熱量三種基本傳遞方式：熱傳導、熱對流和熱輻射，解釋了鍍金其實對散熱器性能沒有幫助。
3.7 改進薄弱的環節
一個銷售鼓吹他的PCB絕緣材料在熱導率方面具有一個很大的提升。新的絕緣材料的熱導率是以往材料的10倍，那又為什麼PCB板的溫度得不到任何的降低呢？
3.8 更大的接觸熱阻
當熱功耗變得很高時，人們必須像電視劇《修女飛飛》中的女修道院院長一樣嚴格，也就是說仔細設計貼附到元件的散熱器。在高的熱功耗情況下，物體接合處的熱阻可能決定了整個熱設計的成敗。
第4章 輻射 史蒂芬·波爾茲曼不是70年代德國重金屬樂隊
4.1紅外線
藉助於何貝女朋友維妮塔作為輻射源，解釋了輻射熱交換的基本原理。熱輻射中有一個墨菲定律；即便你不需要熱輻射，例如當元件封裝熱阻遵從工業標準進行測試，但它依舊存在於那裡。
4.2 紅外攝像機的優點是有限的
一個紅外攝像機能否透視衣服？它能否透視設備金屬外殼？它能否看到熱空氣的流動？這些都不行，但紅外攝像機還是一個有用的工具。
4.3否定結果也是非常重要的
為什麼PCB的紅外攝像圖片與CFD軟體計算的彩色溫度雲圖結果幾乎不可能一致，並且從這些缺乏一致性的熱分析工具中我們可以學習到什麼。
4.4選擇性表面
選擇性表面可以避免室外機櫃免受太陽輻射的影響。但你無法控制選擇性表面。
第5章 JEDEC的故事
5.1不包括PCB板
在PCB上鑽孔是否可以使元件溫度更低？一個網路聊天室的討論表明確實如此。如果這些孔是熱過孔，或許情況就是如此。JEDEC定義了 （結點和環境之間的熱阻）中包括了一塊PCB板作為散熱器，所以將你自己的PCB板作為散熱器不會對你降低元件溫度有所幫助。
5.2 熱I/O
對封裝元件供應商給出了一系列的摩西戒律。你設計的封裝必須具有散熱路徑，給封裝用戶關於這些散熱路徑的詳細信息，並且使用戶能夠直接測量元件結溫。這些戒律將比之前的摩西十誡更值得遵守。
5.3 JEDEC標準：墨守成規的標準
一個熱設計工程師使用CFD和測試的方法去最佳化一款新型封裝元件的設計，他最佳化了JEDEC定義的 值，而不是一些有用的東西。
第6章 鬆散關聯的故事集
6.1牛奶瓶的故事
一瓶放在塑膠野餐盒中的牛奶，在室外零下20℃的條件下多久會達到冰點溫度？這是非常重要的，因為我不得不儘早起床去把牛奶拿進屋。並且這也有助於我了解一些關於室外設備對於氣候快速變化的瞬態溫度回響。
6.2規格、謊言和繁文縟節
設備的規格書要求設備入口處的空氣為50℃，並且流量為100CFM。你是否可以在流量和溫度中取得平衡？如果空氣流量為300CFM，此時允許的入口空氣溫度可以是多少？為什麼規格書總是錯的？
6.3對散熱器不現實的期望可能導致失望
羅列了一系列的原因，為什麼散熱器的實際工作狀況與你的預期不相符。
6.4魔法棒.
一個關於熱管的童話，在這個故事中刺蝟幫助了三隻熊。刺蝟的熱管就像魔法棒一樣，但它真實存在並且基於科學原理。熱管平衡了熊爸爸和熊媽媽的麥片粥溫度，從而使它們生活的比過去更幸福。
6.5當6%等於44%
在電源效率方面的微小提升對於它的熱功耗減少非常有幫助。不要被一個聽起來沒有意義6%的改變而愚弄。
6.6很瘋狂，它只是有可能！
歸納了一些來自真實技術革新會議的熱設計工程師想法。難道他們真的獲得了足夠的資金，以研究一款內部相變的散熱器。
第7章 通信：一個充滿神話和錯誤的領域
7.1模組內部的想法
為什麼在通信機櫃內部空氣流動被設計成從下往上。一些新街邊男孩（美國歌唱團體，暗指不了解通信背景的人）正嘗試從通信機櫃的側面進出風，以便於一個機櫃中擺放更多的模組。
7.2使機櫃滿足ETSI標準
將一個為美國市場設計的通信機櫃修改為滿足歐洲市場標準是一件麻煩的事情，其複雜程度要遠大於閱讀一份法語的規範檔案。機櫃的工作溫度範圍有所不同，並且它們所談論的空氣壓力實則是海拔高度。
7.3 NEBS：數據中心的聖經
歸納了通信行業標準Telcordia’s GR-63-CORE的散熱指導。在這個世界上違反這些指導將受到懲罰，並且未來也是如此。
7.4 新的NEBS：比另一本聖經更可怕的神話
在2001年有一個NEBS將要被重寫的傳聞。但實際情況並非如此，一本新的熱管理標準被推出，並且它似乎已經被史蒂芬·金（美國暢銷書作家）代筆撰寫。
7.5正常室溫：最新的熱最惡劣條件
何貝降低風扇的轉速來滿足NEBS對於噪音的要求。但這是否滿足正常室溫和熱最惡劣條件？不是因為溫度，而是因為此時空氣流量很小。
7.6空氣冷卻中最薄弱的環節
現在已經是21世紀。我們還沒有個人的噴氣背囊，並且我們還在用空氣使房間降溫。事實證明空調技術是相當好的-弱小的人類被限制在空氣冷卻的方程式中。我們的機器僕人在哪裡？
第1章 測量與測試：直接從實驗室得到錯誤的結果
1.1 最惡劣條件
測試要求註明產品溫度測試是在“熱最惡劣條件”下進行的。但可靠性部門，安規部門以及客戶和熱工程師對於最惡劣條件都有自己的理解。
1.2 可靠性測試
可靠性測試恆溫箱中的風扇使空氣反方向流過你的產品。這是不是一個公平的測試？或者說它是否告訴你一些關於產品設計是否正確的信息？
1.3 五指測溫儀
為什麼你的手不是一個很好的熱感測器。不僅僅是因為校核的原因，而且你的手確實有可能會被燙傷。
1.4 注意熱電偶類型
不同類型熱電偶線具有不同顏色是有原因的。你不能通過直覺來確定不同類型熱電偶的差異。這需要仔細判斷。
1.5 排列組合增加職業安全感
或許在機櫃中將產品堆疊放置並且使用一個大風扇進行冷卻是個不錯的方案。但也有不少關於散熱的原因不建議採用這種設計。不計其數的硬體配置組合可能需要你進行幾年的熱測試。
1.6 熱功耗隨溫度發生變化
對於一些元件而言，它們的熱功耗取決於元件的溫度。有時候它們的熱功耗會隨著溫度的上升而上升，有時候卻會隨著溫度的上升而下降。在這種情況時，在室溫下測試得到的結果會與高溫下測試得到的結果相反。
1.7 如何評估熱仿真精度
這是一個關於評估的故事，你是如何使用百分比誤差去得到任何你想要的結果。熱設計一個很重要的評估是測試產品工作是否良好，通常採用的是溫差而不是絕對溫度。
第2章 風扇：增加空氣流動和冷卻系統的尺寸
2.1空間和資源
老闆最終同意給我一些熱分析的資源。但由於你不得不與其他人分享原本就狹小的辦公室，我們之間難免磕磕碰碰。當風扇被並排很近布置時，同樣的事情也在所難免。
2.2風扇進風空間
市場部的同事問為什麼風扇需要一個如此之大的進風空間。我通過一卷膠帶和一個吸管向他進行演示。
2.3 流阻最小的路徑
當空氣有多條流動路徑可供選擇時，它不總是沿著流阻最小的路徑。似乎更符合墨菲定律。
2.4 難以理解的流動
一個被反覆詢問的問題是“直線英尺每分鐘（LFM）與立方英尺每分鐘（CFM）的差異”。通過使用熔化的美國乳酪解釋何為不可壓流動。
2.5 不正確的冷卻系統冗餘
何貝想使用一個類似他個人電腦中的風扇/散熱器模組。增加一個風扇/散熱器模組是提升還是降低了電路板的可靠性？
2.6 正確的風扇轉動方向
元件的溫度是否會取決於冷卻風扇的旋轉方向？對於越接近風扇的元件，風扇旋轉方向對其的影響越大。
2.7 溫度和噪音
強迫空氣冷卻的一個重要限制是風扇的噪音。根據風扇定律，隨著風扇轉速的上升，風扇流量變大，其噪音也不斷增加。
2.8 各種元件溫升限制
一個電台脫口秀主持人發現當人們關注於元件的溫度時，往往會忽視風扇其實也是一個元件，並且它也具有工作溫度的限制。
第3章 元件和材料：很多元件有時就是一個問題
3.1在條件允許範圍內無法工作
電子元件有一個工作溫度限制是否有意義？元件溫度超過限制1℃時，是否會燒掉。是否會在功能方面有所衰退，是否會減少其工作壽命？如果元件供應商願意告訴我們，那是不是會更好？
3.2 選擇合適的熔斷器
熔斷器很容易被忽略，但一些常見熔斷器的工作溫度需要被降額。因為它們不產生熱量，但不意味著它們不會變熱。
3.3 當它發熱，所有的熱都會進池子
對於封裝元件而言，PCB板是否可以扮演一個散熱器的角色？也許可以，但一個關於泳池中頑皮小孩的故事解釋了這個想法的局限性。
3.4 不考慮電容？
由於假設PCB板上的電容不產生熱量和電容數量的原因，在進行PCB板的熱分析時，你往往會忽略所有的電容。但電容也會產生熱量，並且它們的特性會隨著溫度發生偏移。
3.5 擋板溫升
擋板經常被用於改變設備出口熱空氣的流動方向，以避免這些熱空氣被其它設備吸入。由於熱量可以通過熱傳導方式通過擋板，所以擋板無法使相鄰設備之間絕熱。或許將擋板的材料由金屬換成塑膠會有所幫助。但不要這么指望。
3.6 24K金散熱器
計算機超頻愛好者被兜售鍍金散熱器去降低處理器的溫度。從熱量三種基本傳遞方式：熱傳導、熱對流和熱輻射，解釋了鍍金其實對散熱器性能沒有幫助。
3.7 改進薄弱的環節
一個銷售鼓吹他的PCB絕緣材料在熱導率方面具有一個很大的提升。新的絕緣材料的熱導率是以往材料的10倍，那又為什麼PCB板的溫度得不到任何的降低呢？
3.8 更大的接觸熱阻
當熱功耗變得很高時，人們必須像電視劇《修女飛飛》中的女修道院院長一樣嚴格，也就是說仔細設計貼附到元件的散熱器。在高的熱功耗情況下，物體接合處的熱阻可能決定了整個熱設計的成敗。
第4章 輻射 史蒂芬·波爾茲曼不是70年代德國重金屬樂隊
4.1紅外線
藉助於何貝女朋友維妮塔作為輻射源，解釋了輻射熱交換的基本原理。熱輻射中有一個墨菲定律；即便你不需要熱輻射，例如當元件封裝熱阻遵從工業標準進行測試，但它依舊存在於那裡。
4.2 紅外攝像機的優點是有限的
一個紅外攝像機能否透視衣服？它能否透視設備金屬外殼？它能否看到熱空氣的流動？這些都不行，但紅外攝像機還是一個有用的工具。
4.3否定結果也是非常重要的
為什麼PCB的紅外攝像圖片與CFD軟體計算的彩色溫度雲圖結果幾乎不可能一致，並且從這些缺乏一致性的熱分析工具中我們可以學習到什麼。
4.4選擇性表面
選擇性表面可以避免室外機櫃免受太陽輻射的影響。但你無法控制選擇性表面。
第5章 JEDEC的故事
5.1不包括PCB板
在PCB上鑽孔是否可以使元件溫度更低？一個網路聊天室的討論表明確實如此。如果這些孔是熱過孔，或許情況就是如此。JEDEC定義了 （結點和環境之間的熱阻）中包括了一塊PCB板作為散熱器，所以將你自己的PCB板作為散熱器不會對你降低元件溫度有所幫助。
5.2 熱I/O
對封裝元件供應商給出了一系列的摩西戒律。你設計的封裝必須具有散熱路徑，給封裝用戶關於這些散熱路徑的詳細信息，並且使用戶能夠直接測量元件結溫。這些戒律將比之前的摩西十誡更值得遵守。
5.3 JEDEC標準：墨守成規的標準
一個熱設計工程師使用CFD和測試的方法去最佳化一款新型封裝元件的設計，他最佳化了JEDEC定義的 值，而不是一些有用的東西。
第6章 鬆散關聯的故事集
6.1牛奶瓶的故事
一瓶放在塑膠野餐盒中的牛奶，在室外零下20℃的條件下多久會達到冰點溫度？這是非常重要的，因為我不得不儘早起床去把牛奶拿進屋。並且這也有助於我了解一些關於室外設備對於氣候快速變化的瞬態溫度回響。
6.2規格、謊言和繁文縟節
設備的規格書要求設備入口處的空氣為50℃，並且流量為100CFM。你是否可以在流量和溫度中取得平衡？如果空氣流量為300CFM，此時允許的入口空氣溫度可以是多少？為什麼規格書總是錯的？
6.3對散熱器不現實的期望可能導致失望
羅列了一系列的原因，為什麼散熱器的實際工作狀況與你的預期不相符。
6.4魔法棒.
一個關於熱管的童話，在這個故事中刺蝟幫助了三隻熊。刺蝟的熱管就像魔法棒一樣，但它真實存在並且基於科學原理。熱管平衡了熊爸爸和熊媽媽的麥片粥溫度，從而使它們生活的比過去更幸福。
6.5當6%等於44%
在電源效率方面的微小提升對於它的熱功耗減少非常有幫助。不要被一個聽起來沒有意義6%的改變而愚弄。
6.6很瘋狂，它只是有可能！
歸納了一些來自真實技術革新會議的熱設計工程師想法。難道他們真的獲得了足夠的資金，以研究一款內部相變的散熱器。
第7章 通信：一個充滿神話和錯誤的領域
7.1模組內部的想法
為什麼在通信機櫃內部空氣流動被設計成從下往上。一些新街邊男孩（美國歌唱團體，暗指不了解通信背景的人）正嘗試從通信機櫃的側面進出風，以便於一個機櫃中擺放更多的模組。
7.2使機櫃滿足ETSI標準
將一個為美國市場設計的通信機櫃修改為滿足歐洲市場標準是一件麻煩的事情，其複雜程度要遠大於閱讀一份法語的規範檔案。機櫃的工作溫度範圍有所不同，並且它們所談論的空氣壓力實則是海拔高度。
7.3 NEBS：數據中心的聖經
歸納了通信行業標準Telcordia’s GR-63-CORE的散熱指導。在這個世界上違反這些指導將受到懲罰，並且未來也是如此。
7.4 新的NEBS：比另一本聖經更可怕的神話
在2001年有一個NEBS將要被重寫的傳聞。但實際情況並非如此，一本新的熱管理標準被推出，並且它似乎已經被史蒂芬·金（美國暢銷書作家）代筆撰寫。
7.5正常室溫：最新的熱最惡劣條件
何貝降低風扇的轉速來滿足NEBS對於噪音的要求。但這是否滿足正常室溫和熱最惡劣條件？不是因為溫度，而是因為此時空氣流量很小。
7.6空氣冷卻中最薄弱的環節
現在已經是21世紀。我們還沒有個人的噴氣背囊，並且我們還在用空氣使房間降溫。事實證明空調技術是相當好的-弱小的人類被限制在空氣冷卻的方程式中。我們的機器僕人在哪裡？
