目錄
前言
致謝

第1章 電子產(chǎn)品熱設(shè)計的意義 1
1.1 溫度對電子產(chǎn)品的影響 1
1.2 溫度對芯片的影響機(jī)理 2
1.2.1 熱應(yīng)力和熱應(yīng)變 2
1.2.2 器件炸裂 4
1.2.3 腐蝕 4
1.2.4 氧化物分解 5
1.2.5 芯片功耗 5
1.2.6 電氣性能變化 6
1.3 解決芯片熱可靠性的兩個維度 6
1.4 熱設(shè)計方案的評估標(biāo)準(zhǔn) 7
1.5 本章小結(jié) 7
參考文獻(xiàn) 8

第2章 熱設(shè)計理論基礎(chǔ) 9
2.1 熱和溫度 9
2.1.1 熱動說和熱質(zhì)說 9
2.1.2 溫度的物理意義 11
2.2 傳熱學(xué) 12
2.2.1 熱傳導(dǎo) 12
2.2.2 熱對流 15
2.2.3 熱輻射 16
2.3 熱力學(xué) 19
2.3.1 熱力學(xué)第一定律 19
2.3.2 熱力學(xué)第二定律 19
2.3.3 熱力學(xué)第三定律 20
2.3.4 熱力學(xué)第零定律 20
2.3.5 理想氣體定律 21
2.4 流體力學(xué) 22
2.4.1 流體的重要性質(zhì)———黏性 22
2.4.2 流體壓強(qiáng)———靜壓、動壓和總壓
2.4.3 表壓、真空度和絕對壓強(qiáng) 25
2.4.4 流體流動狀態(tài)———層流和湍流
2.5 擴(kuò)展閱讀:導(dǎo)熱系數(shù)的本質(zhì) 27
2.6 本章小結(jié) 28
參考文獻(xiàn) 28

第3章 熱設(shè)計研發(fā)流程 30
3.1 需求分析 31
3.2 概念設(shè)計 33
3.3 詳細(xì)設(shè)計 34
3.4 測試驗證 34
3.5 回歸分析 34
3.6 發(fā)布與維護(hù) 35
3.7 本章小結(jié) 35
參考文獻(xiàn) 35

第4章 散熱方式的選擇 36
4.1 散熱方式選擇的困難性 36
4.2 自然散熱 39
4.3 強(qiáng)迫風(fēng)冷 39
4.4 間接液冷 40
4.5 直接液冷 41
4.6 本章小結(jié) 42
參考文獻(xiàn) 42

第5章 芯片封裝和電路板的熱特性 43
5.1 IC芯片封裝概述 43
5.2 芯片封裝熱特性 44
5.2.1 芯片熱特性基礎(chǔ) 44
5.2.2 熱阻的概念 45
5.2.3 芯片熱特性的熱阻描述 46
5.3 芯片封裝熱阻的影響因素 49
5.3.1 封裝尺寸 49
5.3.2 封裝材料 50
5.3.3 熱源尺寸 50
5.3.4 單板尺寸和導(dǎo)熱系數(shù) 51
5.3.5 芯片發(fā)熱量以及外圍氣流速度
5.4 實驗測量時結(jié)溫的反推計算公式 52
5.5 常見的芯片封裝及其熱特性 52
5.5.1 球柵陣列式封裝 54
5.5.2 晶體管外形封裝 55
5.5.3 四邊扁平封裝 55
5.5.4 四邊/雙邊無引腳扁平封裝 56
5.5.5 封裝演變趨勢和熱設(shè)計面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn)
5.6 印制電路板熱特性及其在熱設(shè)計中的關(guān)鍵作用
5.6.1 PCB熱傳導(dǎo)特點 58
5.6.2 PCB銅層敷設(shè)準(zhǔn)則———熱設(shè)計角度
5.6.3 熱過孔及其設(shè)計注意點 60
5.7 本章小結(jié) 62
參考文獻(xiàn) 63

第6章 散熱器的設(shè)計 64
6.1 散熱器設(shè)計需考慮的方面 64
6.1.1 發(fā)熱源熱流密度 64
6.1.2 元器件溫度要求和工作環(huán)境 66
6.1.3 產(chǎn)品內(nèi)部空間尺寸 67
6.1.4 散熱器安裝緊固力 67
6.1.5 成本考量 68
6.1.6 外觀設(shè)計 68
6.2 幾種常見的散熱器優(yōu)化設(shè)計思路 68
6.2.1 熱傳導(dǎo)———優(yōu)化散熱器擴(kuò)散熱阻
6.2.2 對流換熱———強(qiáng)化對流換熱效率
6.2.3 輻射換熱———選擇合適的表面處理方式
6.2.4 總結(jié) 72
6.3 散熱器設(shè)計注意點匯總 72
6.4 本章小結(jié) 73
參考文獻(xiàn) 73

第7章 導(dǎo)熱界面材料的選型設(shè)計 74
7.1 為什么需要導(dǎo)熱界面材料 74
7.2 導(dǎo)熱界面材料的定義及種類 75
7.2.1 導(dǎo)熱界面材料定義 75
7.2.2 導(dǎo)熱界面材料的種類 75
7.3 導(dǎo)熱界面材料的選用關(guān)注點 80
7.3.1 材料自身屬性 80
7.3.2 應(yīng)用場景因素 82
7.4 導(dǎo)熱界面材料的實際運用 83
7.4.1 導(dǎo)熱硅脂的實際運用 83
7.4.2 導(dǎo)熱襯墊的實際運用 83
7.4.3 導(dǎo)熱填縫劑的實際運用 85
7.4.4 石墨片的實際運用 85
7.5 導(dǎo)熱界面材料選用的復(fù)雜性 86
7.6 本章小結(jié) 87
參考文獻(xiàn) 87

第8章 風(fēng)扇的選型設(shè)計 88
8.1 幾何尺寸 89
8.2 確定風(fēng)量 89
8.3 確定風(fēng)扇風(fēng)壓 91
8.4 平行翅片散熱器流阻計算 92
8.5 風(fēng)扇的抽風(fēng)和吹風(fēng)設(shè)計 96
8.5.1 抽風(fēng)設(shè)計 96
8.5.2 吹風(fēng)設(shè)計 96
8.6 風(fēng)扇轉(zhuǎn)速控制方式 97
8.7 風(fēng)扇噪聲考量 97
8.8 風(fēng)扇相似定理 98
8.9 風(fēng)扇壽命可靠性 99
8.10 風(fēng)扇失速區(qū) 100
8.11 風(fēng)扇選型方法匯總 101
8.12 散熱器和風(fēng)扇的綜合設(shè)計 102
8.13 本章小結(jié) 103
參考文獻(xiàn) 104

第9章 熱管和均溫板 105
9.1 熱管和均溫板的特點和典型應(yīng)用 105
9.2 熱管和VC的基本工作原理 106
9.3 熱管和VC的性能指標(biāo) 108
9.4 超薄熱管和超薄VC 109
9.5 熱管和VC產(chǎn)品要考慮的細(xì)觀因素 111
9.6 本章小結(jié) 111
參考文獻(xiàn) 112

第10章 熱電冷卻器、換熱器和機(jī)柜空調(diào) 113
10.1 熱電冷卻原理 113
10.2 熱電冷卻器在電子散熱中的優(yōu)缺點 114
10.3 熱電冷卻器的選型步驟 115
10.3.1 確定工作電流 116
10.3.2 確定工作電壓 117
10.3.3 確定COP值和選擇高效TEC的迭代方式 117
10.3.4 TEC與系統(tǒng)的匹配 118
10.4 換熱器工作原理 118
10.5 換熱器的選型 119
10.5.1 確定需求 120
10.5.2 計算換熱效率 120
10.6 機(jī)柜空調(diào) 122
10.7 本章小結(jié) 124
參考文獻(xiàn) 125

第11章 液冷設(shè)計 126
11.1 液冷設(shè)計概述 126
11.1.1 直接液冷 126
11.1.2 間接液冷 127
11.2 液冷散熱的特點 128
11.3 液冷系統(tǒng)的分類與組成 128
11.3.1 封閉式單循環(huán)系統(tǒng) 128
11.3.2 封閉式雙循環(huán)系統(tǒng) 129
11.3.3 開放式系統(tǒng) 129
11.3.4 半開放式系統(tǒng) 130
11.4 液冷設(shè)計各部分注意點 130
11.4.1 液體工質(zhì)選擇 130
11.4.2 冷板的設(shè)計 132
11.4.3 冷管和接頭 133
11.4.4 泵的選擇 134
11.4.5 冷排/換熱器的選型設(shè)計 137
11.4.6 其他附件 138
11.5 冷板散熱器的設(shè)計步驟和常見加工工藝 139
11.5.1 計算流量 140
11.5.2 確定冷板材質(zhì) 140
11.5.3 流道設(shè)計 141
11.5.4 冷板類型及其優(yōu)缺點 142
11.6 本章小結(jié) 143
參考文獻(xiàn) 143

第12章 熱設(shè)計中的噪聲 145
12.1 熱設(shè)計與噪聲的關(guān)系 145
12.2 聲音基礎(chǔ)知識概述 145
12.2.1 聲音的本質(zhì) 145
12.2.2 噪聲產(chǎn)生的原因 145
12.2.3 聲音的幾個關(guān)鍵參數(shù) 146
12.3 聲音的分析 149
12.3.1 頻程與頻譜 149
12.3.2 響度與響度級 150
12.3.3 計權(quán)聲級 152
12.4 聲音的傳播 153
12.5 電子產(chǎn)品熱設(shè)計中的噪聲 153
12.5.1 氣動噪聲 154
12.5.2 機(jī)械噪聲 155
12.5.3 電磁噪聲 155
12.6 噪聲測量 155
12.7 噪聲控制設(shè)計 156
12.7.1 控制聲源 156
12.7.2 控制傳聲路徑 156
12.7.3 控制聲音接收者 158
12.8 噪聲仿真 158
12.9 本章小結(jié) 158
參考文獻(xiàn) 158

第13章 風(fēng)扇調(diào)速策略的制定和驗證 160
13.1 為什么要對風(fēng)扇進(jìn)行調(diào)速 160
13.2 風(fēng)扇智能調(diào)速的條件 161
13.2.1 風(fēng)扇轉(zhuǎn)速必須可控 161
13.2.2 必須有可實時反饋產(chǎn)品散熱風(fēng)險的溫度傳感器 162
13.2.3 系統(tǒng)中必須內(nèi)置有效的風(fēng)扇調(diào)速程序 163
13.3 風(fēng)扇調(diào)速策略的設(shè)計 164
13.3.1 溫度傳感器的布置 164
13.3.2 風(fēng)扇調(diào)速策略整定步驟 165
13.4 異常情況的風(fēng)扇轉(zhuǎn)速應(yīng)對 169
13.5 本章小結(jié) 169

第14章 熱測試 171
14.1 熱測試的目的和內(nèi)容 171
14.2 熱測試注意事項 171
14.2.1 確保設(shè)備的配置和負(fù)載與測試工況對應(yīng)
14.2.2 確保設(shè)備使用的散熱物料與設(shè)計方案一致
14.2.3 根據(jù)散熱方式選擇合適的測試環(huán)境
14.2.4 關(guān)注測試讀取結(jié)果數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性
14.3 溫度測試 173
14.3.1 熱測試設(shè)備 173
14.3.2 接觸式測溫 174
14.3.3 非接觸式測溫 175
14.4 熱測試常用的設(shè)備儀器 179
14.5 撰寫熱測試報告 181
14.6 本章小結(jié) 182
參考文獻(xiàn) 182

第15章 熱仿真軟件的功能、原理和使用方法 183
15.1 熱仿真的作用 183
15.2 熱仿真的基本原理 183
15.3 熱仿真軟件的選擇 186
15.4 熱仿真軟件的合理使用 188
15.4.1 信息收集 189
15.4.2 幾何建模和屬性賦值 189
15.4.3 網(wǎng)格劃分 190
15.4.4 模型設(shè)置 192
15.4.5 求解計算和后處理 193
15.5 本章小結(jié) 194

第16章 常見電子產(chǎn)品熱設(shè)計實例 195
16.1 自然散熱產(chǎn)品 195
16.1.1 超薄平板電腦 196
16.1.2 智能手機(jī) 198
16.1.3 戶外通信設(shè)備 203
16.1.4 LED 205
16.1.5 盒式自然散熱終端 208
16.2 強(qiáng)迫風(fēng)冷設(shè)計 212
16.2.1 筆記本電腦 212
16.2.2 服務(wù)器 215
16.3 液冷和風(fēng)冷的混合冷卻 221
16.4 動力電池?zé)峁芾? 223
16.4.1 電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的目標(biāo) 224
16.4.2 電池?zé)釋W(xué)信息確定 225
16.4.3 電池組熱管理方案類型 228
16.4.4 動力電池加熱系統(tǒng) 231
16.4.5 動力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的重量考慮
16.5 本章小結(jié) 232
參考文獻(xiàn) 233

第17章 熱、電、磁的結(jié)合 234
17.1 一些電磁學(xué)概念 235
17.1.1 電容 235
17.1.2 介電常數(shù) 236
17.1.3 介電損耗 237
17.1.4 磁導(dǎo)率 239
17.1.5 磁化機(jī)理 241
17.1.6 磁滯損耗 243
17.2 信號傳輸 245
17.2.1 無線電磁波的形成 245
17.2.2 無線電波的傳輸 246
17.3 電磁兼容、電磁屏蔽以及對熱設(shè)計的影響
17.3.1 電場屏蔽 250
17.3.2 磁場屏蔽 250
17.3.3 電磁屏蔽 252
17.3.4 電磁兼容 253
17.4 本章小結(jié) 253
參考文獻(xiàn) 254
后記 256