总体概述：笑谈热设计一书，看似简单的叙事情节穿插技术分析，实际上包含了作者多年的经验和能力，本次阅读为浅读，大概了解 了相关的热设计尝试和一些技术经验。从而拓展己在电子电路设计和产品设计中关于热设计的思维

第一章：测量与测试：直接从实验室得到的错误结果

    1.1：最好的就是最恶劣的，最恶劣的就是最好的，有时候产品测试中无法按照最恶劣环境进行产品测试，这种情况下，我们也需尽可能创造恶劣的参数环境

    1.2：可靠性测试：50度温箱是否能模拟自然对流下产品的热环境，当风扇外加的对流对自然对流产生影响的时候，

    1.3：常用温度测温仪，1)缓慢的响应时间  2）很难校准   3）错误的测量工具

                        下列为书中，部分资料

可接触部分的类型	最大允许温度/℃
可接触部分的类型	金属	玻璃	塑料
短时间接触的手柄和把手	60	70	85
长时间接触的手柄和把手	55	65	75
可能被接触的产品外表面	70	80	95
可能被接触的产品内部物体	85	80	95

金属（高）	玻璃石头（中等）	塑料，木头（低）
50-400W/(m.℃)	1-5W/(m.℃)	0.1-0.8W(m.摄氏度)

  1.4：注意热电偶的类型：常用热电偶补偿导线使用及注意事项https://blog.csdn.net/xuxudeta/article/details/89388611

类型	颜色标识	金属组合
J	白/红	铁/康铜
K	黄/红	铬/镍
T	蓝/红	铜/康铜
E	紫/红	铬/镍
R	黑/红	铂铑/铂

 

1.5：模块柜式组合热测试的排列组合，任何一种环境都会对气流产生不同的影响，散热风扇的失效对整机气流流向的影响。TTM （time to  market）的控制尤为重要.选择合理的方案再进行测试

1.6：热功耗随着温度的变化，电子元器件中，电阻，电容，电感等都有其特定的温度特性，但是有些特殊元器件不可以单独分析，在高温环境下的温度不一定高，有些内部有一个单独的热电制冷器，对器件的温度进行调节，一种是冷补偿，一种是热补偿。其本质目的都是保证元器件达到的合适的温度点。

1.7：热仿真精度，T= 32+1.8 * ℃  K = 273 + ℃  单位对热仿真精度的影响                                                                                                                                                                                         

第二章：风扇，增加空气流动和冷却系统的尺寸

 2.1：空间和资源，风扇的串联和并联，风道之间的干扰。

2.2：风扇进风空间，风扇需要空气过滤网，当风道面积将至很低的时候，风扇无法达到理想的空气流量。理想的风扇顶部和空气过滤网之间留下7.62cm的空间，在进行系统设计中应格外注意

2.3：流阻最小的路径，系统设计中，当在柜式系统中存在多个热源叠加，则需要设计相应的散热，风扇无疑是最好的选择，理想状况下，风扇可以实现近乎10倍的自然对流效果。但在可靠性要求高的场合，风扇带来优势的同时也带来相应的问题，风扇的失效率远远高于电子元器件的失效率（10-100倍于处理器），当使用多个风扇的时候，一旦当某一个风扇失效，会影响到整个系统的空气流向，这时候，风扇甚至会成为损坏系统的祸首。既空气总是选择流阻最少的地方。

2.4：单位的奥秘，lfm:直线 英尺每分钟的缩写     cfm:立方英尺每分钟的缩写，既表面积和体积之间的关系

  V=G/Cs  Eg:  300cfm为一风扇的流量  0.5ft^2为对应散热受体的表面积   V为流速  V=300cfm/0.5ft^2

2.5：冷却系统的设计冗余，当PCB设计的寿命为15年，最好不使用风扇散热

2.6：风扇的转动,风扇转动的方向，出风口的位置，出风口的结构，直接限制了风扇的性能表现。下图是是哪个不同出风方向风扇的空气流动形式

这就是为什么在风扇和PCB或者散热受体之间留一段距离和防治一些均流装置的原因，如过滤网等，这样可以更好的平顺空气流动和减少风扇旋转出风的影响

注意：风扇的出风口会有旋转效应，但是在风扇的入风口，气流是均匀的，没有旋转效应

2.6：温度和噪声，当设备需要大流量的散热风扇时，这同时也带来了一种问题，噪声。一个标准的产品，不止需要最佳的目标性能，还需要很多附加的限制条件，噪声就是其中之一，下面是常见的几种噪声源

注意噪声的叠加不是简单记得几何相加，假如一个风扇的噪声是59dbA两个风扇噪声的叠加并不是118dbA，

理想噪声的叠加公式：Ln= L1 +log10(N)   N是噪声源的数目，L1是噪声源的噪声值，Ln是N个噪声源的累加值，如果是噪声源是2，则log10(2)  = 3  ，意味着一个风扇的叠加只会引起3db的噪声

噪声的变化 = 50log(PRM2/PRM1)  PRM风扇转速

2.8：各种元器件的温升限制，环氧树脂的PCB最大额定温度为105℃，一个系统运行要考虑各个元器件的温升限制，也就是常说的短板效应

第三章：元器件和材料，很对元器件有时候就是一个问题

3.1：举例说明温度对元器件的性能影响       

     1)电容：III类陶瓷电容对温度的敏感程度，如85度环境下的容值变化

     2)电力整流器，反向二极管，当器件的结节温度超过75℃，其功率极具上升，反向电流指数级增长

     3)EPLD与电容相反，失语者温度的升高，热损耗反而减少

     4）警惕振荡器，温度会影响到晶体振荡器的频率

     5)电阻，温度影响电阻的精度

     6)温度影响电池的能量密度，每一种电池基本都有其最佳的温度范围

3.2：选择适应的熔断器

   熔断器特点：1）合适的熔断器永远不会工作  2)唯一个受热效应工作的电子元器件，但是无法测量其温度

注意:由于熔断器的物理特性，在需要考虑熔断器在不同环境下的电流负载能力，温度电流特性曲线，一般情况下，环境温度越高熔断器的电流承载能力越差，不同的熔断器电流承载能力随着温度的变化曲线各有不同

总结如下：1.熔断器需要降额使用，2，基于环境温度进行二次降额   3，不要因为熔断器不产生热功耗而不去使用它

3.3：不同版本BGA散热问题

图3-8为散热基本依赖环氧密封层->空气层的散热路径，散热效果不是很好

3-9提出了使用焊锡球底部热过孔的方式将热量主要通过PCB铜层传输

3-10上层散热较好但是底部封装限制了散热，影响较大

 

3-11 上层增加粘合剂减少热阻，通过铜片进行上层散热，底部焊锡球双重导热，热仿真显示这种效果更好一些，但是是那种模式可以根据芯片使用环境的不同配比。

3.4：电容的温度系数，环境应用

3.5：挡板温升，当收到空间限制，多模块希望互相隔热时候，挡板的材料，厚度会影响到隔热效果，产生不同的热阻特性，但是根据作者实际计算，在使用挡板很薄小于2.4cm时候，采用塑料，钢，铝作为外壳材料或者涂层，或者阳极电镀，都无所谓，内部设备的温度并没有显著的改善

3.6：24K纯金散热器，金固然具备很好的导热性能，接近铝的2倍，但是金的价值非常高，想想一下一个纯金的散热器，本身就不太合理，镀金产生的效用对整个温度的减少杯水车薪，散热器的热导率不过1%，

  结论:金或者铂金对于对流换热没有影响。

3.8：改进薄弱环节

        改善PCB环氧玻璃，换新的材料，基于铜和绝缘材料在电路板中的体积百分比。当新的材料在整体的面积中占比非常小的时候，材料的更细对整体的热导率提升并不明显。

结论：新材料对PCB的整体的热导率提升效果不明显。

3.9：温升来源之主要原因：

      *来自上游元器件的热量   *空气和散热器表面之间的对流换热热阻 

      *散热器表面和基板之间的导热，活扩散热阻    *散热器基板和元器件外壳之间的接触热阻

接触热阻 ：下图是通过减少接触热阻，增加散热性能的办法之一，可以有效的减少温升预算，为其他留出空气间

弹簧扁铜和支架组成散热系统，配上一层很薄的导热硅脂，当器件温度升高时候，导热硅脂融化，与散热器之间形成一层很小的间隙，使散热器件的温度更好的传导出去。最大程度的减少热阻，弹簧扁铜可以更好动态调整。

第四章：辐射

4-1：热辐射的威力，不要忽视她的存在，也不要过度的解释她。

在标准厂家生产的产品都会提供θj-a，下列为部分的参考，当实际使用中最好还是对产品整机做科学的热测试

不要过度相信厂家提出的θj-a等参数，因为厂家的测试环境和实际使用环境基本是完全不同的模式

4.2：红外热相机的作用

       *无法看到空气流动：如果可以看到空气流动，那红外相机的存在将会没有什么意义

       *无法看到PCB的内部走线散热

       *无法精确测量温度，但是可以帮助硬件开发者准确的判断电路短路和过流等导致部分器件过热的问题

    红外相机的功能不止受限于自己，还受限于被采样设备单额温度和表面发射率

4.3：否定结果的重要性

   热仿真受到的诸多限制：

     *初期原理样机的热仿真和后期发布版比较，电子元器件在项目过程中很可能重新选型个布局，仿真结果受到影响

     *电子工程师提供的主要电子元器件的功率不够确定，一般都大于实际的功率两倍左右，实际仿真和热成像出现的结果显然             有所差距

     *红外相机的拍摄和实际仿真的环境大不相同，仿真就是为了还原实际，而红外拍摄却要首先与环境，将发热体剥离产品本体         进行拍摄

4.4：选择性表面

   本节讲述热辐射和热吸收相关性，在户外产品既要面对来自自然的热辐射，如何才能避免过热现象导致设备损坏，选择性涂层未免不是一个好办法，但同时需考虑环境的协调性和实际应用环境。

    

第五章：元器件热阻的分析

 5.1：不包括PCB

  （1）PCB加入铜层，热阻将会减少一半可以提高散热效果，由于电路板内部的绝缘环氧层具有很差的导热性，热过孔将多层的铜层连接，增大散热面积。

  （2）PCB上打孔可以增加板级散热，减少温升（热过孔）而不是常规的机械孔

 5.2：热I/O，

 

第六章：故事集

6.1：1）关于温升概念，绝对温度，假如希望100℃的芯片温度下降到50℃，但是房间室温温度为25℃。则芯片相对于环境温度的温升为75℃。若通过散热器将温度下降到38℃，则绝对温度为25+38=63摄氏度

2）散热器上面的翅片数量，合适就好，过多反而会影响正常的对流，导致温度过高，在翅片达到最优值的时候增加散热面积反而会使温度上升

3）无通风对流的散热片没有多大意义

4）散热器只能改善器件和空气的温差，如果环境温度过高，散热基本没有意义

5）供应商的热阻，结节温度等参数可能都是在风洞环境下测试的，数据值得推敲

6）元器件散热两个途径，1.直接到空气  2.通过电路板PCB散热

当散热到空气中和PCB中的热阻相同时候，加大散热面积，元器件表面和空气的热阻减少一半，其并不会敢晒电路板的热阻，芯片的温度取决于总热阻。

并联热阻的计算    Rload = 1(1/Rbard+1/Rcase-air)

通过计算直到：Rcase-air减少一半，Rload只减少了33%，如果Rboard远小于Rair时候，这个时候增加散热面积并么有多大的意义

热设计中，一般需测试常温环境下各个点的温升和50℃环境下的测试点温升，再针对热点问题进行专门处理

6.2：毛细管，热交换

6.3：电源效率高，热损耗小，温升提升的意义，能源的意义

第七章：通信，一个充满神话和错误的领域

7.1：本章主要讲述对于通信行业标准，及通信电子设备冷却问题，假如通信设备对稳定性，可靠性，可修复性，等的高标要求，当散热完全依赖风扇的时候，就需要找可以平稳运行几十年的风扇，这样的基本是不存在的，位于中国云南大数据中心，服务器中心，就是依靠自然环境常年低位，且拥有大量的水资源，可以为数据中心散热安全提供很大的保障。

 

说明:以上均来自笑谈热设计一书。