2014年2月21日 星期五

散熱設計的主軸 - 熱阻與(局部)環境

        由於計算機(電腦)的發達,相信現今的散熱設計都已離不開電腦。如果發生大停電,我想大概只能滑手機等下班了。常常在想這個問題:在計算機與 CFD/CAE 程式普及之前,電子產品的散熱設計是怎麼執行的?說實在,沒有跟老一輩的合作過,所以我也不知道,只能猜測他們可以怎麼做?


        在比較近代的一些散熱相關的文獻中,很多都是 Icepak 或 FloTHERM 的計算結果;若是更早的文獻,相信很多都是一堆複雜的偏微分方程式、經驗式等。當然,其中的差異當然是電腦軟硬體的影響,但很顯然的,前輩也嘗試用各種方式來解決散熱的問題,雖然,即使他們分析的對象是很簡單的。

        其實,仔細比對文獻的內容,可以發現,文獻的內容大致上可以分為兩類:一類是針對元件的散熱設計,而另一種則是針對系統的散熱設計。至少,我是認為可以區分為這兩大類。

        因此,散熱設計就是圍著這兩個主題上在打轉:對元件以及對系統。以設計參數而言,對元件的主要設計參數是熱阻,而對系統的主要設計參數是局部環境(後面提到的環境為局部環境)。所以,散熱工程師的目標就是熱阻或環境。若以元件或零件而言,就是要設計一個低熱阻(在不考慮其他因素下,熱阻是愈低愈好)的產品,例如封裝與散熱模組;對設計系統而言,要設計的則是一個元件可以操作的環境。所以,散熱設計的兩大主軸就是熱阻與環境。

        之前的文章,其實都有關連性:例如介紹封裝熱阻的軟體 PakSi-TM,散熱片的軟體 Qfin,板級 Batasoft PCB(好像沒介紹到?),流網路法 MacroFlow,泛用型電子散熱分析 IcePak 與 FloTHERM 等,皆涵蓋了每個部分。其中,除了 IcePak 與 FloTHERM 在計算上會較耗時,其餘的軟體,皆可以在短短的數分鐘就可以獲得初步的相關設計參數。接下來,只是如何兜起來、校正與驗證而已。

        最近有點懶散,剩下的改日再介紹。

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