電子產(chǎn)品溫度控制的重要性和基礎(chǔ)理論在前面的章節(jié)已經(jīng)做了闡釋。不管多重要，熱的問題始終只是產(chǎn)品要考慮的因素之一，在毫無設(shè)計(jì)邊界前提下解決散熱問題是容易的，但那樣做是不對(duì)的。過程中我們必須綜合考量產(chǎn)品其它方面的要求。而且，多數(shù)情況下，產(chǎn)品的各項(xiàng)設(shè)計(jì)方案是不斷互動(dòng)更新、迭代收斂的，越精密、復(fù)雜的產(chǎn)品，其可能經(jīng)歷的修改版本數(shù)就越多。一個(gè)產(chǎn)品的開發(fā)過程中，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)不匹配性被發(fā)現(xiàn)的越早，解決起來所耗費(fèi)的代價(jià)越低。一個(gè)廣為人知的例子是2016年三星NOTE 7手機(jī)電池爆炸事件。產(chǎn)品開發(fā)階段，設(shè)計(jì)人員沒有發(fā)現(xiàn)這一隱患，產(chǎn)品流通到市場(chǎng)之后安全事件頻發(fā)。三星公司不得不采取全球召回，造成的直接經(jīng)濟(jì)損失就高達(dá)數(shù)十億美元。這一事件帶來的品牌損失更是難以估量[1]。
發(fā)現(xiàn)這種設(shè)計(jì)層面的不合理，除了每個(gè)崗位上的工程師自身專業(yè)能力足夠強(qiáng)，另一個(gè)同樣重要的手段就是保持信息的協(xié)同。一個(gè)好的研發(fā)流程，其特征之一是在盡可能不降低工作效率的前提下促使這種信息的及時(shí)協(xié)同。當(dāng)然，這個(gè)概念上的研發(fā)流程已經(jīng)上升到了整個(gè)產(chǎn)品的層級(jí)，其實(shí)質(zhì)是一個(gè)市場(chǎng)-研發(fā)-供應(yīng)鏈的協(xié)作體系。這反映到熱設(shè)計(jì)部分，就是我們?cè)谔岢龀醪降臒嵩O(shè)計(jì)方案后，需要密切關(guān)注產(chǎn)品開發(fā)過程中的各項(xiàng)更新，與項(xiàng)目組其他人員持續(xù)協(xié)作，保持對(duì)產(chǎn)品最新需求的實(shí)時(shí)跟蹤，迅速、及時(shí)調(diào)整自己的方案。
本書聚焦于熱設(shè)計(jì)，因此本章重點(diǎn)從熱設(shè)計(jì)工程師的角度放大其中熱設(shè)計(jì)相關(guān)的部分。
熱設(shè)計(jì)工程師的工作將貫穿項(xiàng)目開發(fā)全程。對(duì)于某些產(chǎn)品，當(dāng)產(chǎn)品上市后，在其服役過程中現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)的一些散熱、噪聲等問題也需要熱設(shè)計(jì)工程師提供方案去解決或者改善。本書后面的章節(jié)，會(huì)以熱設(shè)計(jì)工程師的工作流程為序，依次講解各個(gè)環(huán)節(jié)需要用到的理論及工程技術(shù)。
熱設(shè)計(jì)開發(fā)流程可以通過如下流程圖：
圖3-1 熱設(shè)計(jì)工作流程
即包含需求分析，方案評(píng)估，設(shè)計(jì)及測(cè)試驗(yàn)證，發(fā)布及生產(chǎn)維護(hù)四個(gè)階段。
1 需求分析(Requirement Analysis)
任何方案的設(shè)計(jì)都需要基于特定的需求，熱設(shè)計(jì)也是如此。需求信息的收集有時(shí)并不容易，因?yàn)檫@需要其他工程師的配合。一些特殊情況下，熱設(shè)計(jì)工程師甚至需要向其他工程師解釋為什么需要拿到這些信息才能評(píng)估（隨著熱設(shè)計(jì)師專業(yè)性被項(xiàng)目組得到承認(rèn)，這種情況會(huì)減少，但初期可能是很大的工作障礙）。在這種情況下，熱設(shè)計(jì)工程師需要對(duì)相關(guān)基本需求信息進(jìn)行排序，確保必要信息快速到位，贏取時(shí)間。
表3-1 熱設(shè)計(jì)需求分析所需信息必要性排序及相關(guān)解讀
需求信息的收集是后續(xù)所有工作行進(jìn)的基礎(chǔ)。熱設(shè)計(jì)工程師需要根據(jù)產(chǎn)品的具體需求，通過經(jīng)驗(yàn)公式的換算，或概要性的熱流仿真，提出相關(guān)初步方案。需求分析的關(guān)鍵是快速高效，其給出的結(jié)論是非常粗略、精度很有限的。設(shè)計(jì)者必須在短時(shí)間內(nèi)提供大體的設(shè)計(jì)思路，確定努力方向，減少試錯(cuò)方向，便于項(xiàng)目組在研發(fā)初期根據(jù)產(chǎn)品散熱需求而做出相應(yīng)調(diào)整。
例如，設(shè)計(jì)一款室外基站，當(dāng)應(yīng)用場(chǎng)景不同時(shí)，設(shè)計(jì)的難點(diǎn)可能完全不一樣。當(dāng)產(chǎn)品應(yīng)用在南北極時(shí)，環(huán)境溫度在-70℃~-20℃，器件的熱控制可能相當(dāng)容易，但低溫啟動(dòng)可能成為一大難題，產(chǎn)品內(nèi)部需要預(yù)留合理的空間用以設(shè)計(jì)加熱設(shè)備，保證產(chǎn)品的正常冷啟動(dòng)；當(dāng)產(chǎn)品應(yīng)用在中東的沙漠地帶時(shí)，戶外溫度最高可以達(dá)到~60℃，全年都在35℃以上，冷啟動(dòng)完全不是問題，而器件的超溫問題則成為關(guān)鍵難點(diǎn)。
又如，產(chǎn)品設(shè)計(jì)初期定義的功耗是90 W，而產(chǎn)品大小為200 mm ? 200 mm ? 45mm。通過簡(jiǎn)單的核算，此產(chǎn)品的功率密度達(dá)到~50 W/L，明顯超過了常規(guī)自然散熱方案可解決的范疇（<~25W/L）。這時(shí)，在需求分析階段就必須告知項(xiàng)目成員，此產(chǎn)品需要使用強(qiáng)制風(fēng)冷設(shè)計(jì)。這一評(píng)估結(jié)果給項(xiàng)目組其它成員帶來的影響有：
1) 估算產(chǎn)品設(shè)計(jì)成本，進(jìn)行產(chǎn)品定價(jià)；
2) 硬件工程師設(shè)計(jì)階段預(yù)留風(fēng)扇接口；
3) 軟件工程師考慮風(fēng)扇控速策略的執(zhí)行；
4) 工業(yè)設(shè)計(jì)工程師考慮進(jìn)出風(fēng)口的外觀兼容；
5) 測(cè)試工程師增加噪音、防塵、風(fēng)扇調(diào)速驗(yàn)證測(cè)試；
6) 結(jié)構(gòu)工程師的減震、防水、防塵設(shè)計(jì)。
從上面的影響可以看出，如果需求分析階段無法給出合理的預(yù)估，產(chǎn)品按照自然散熱的思路進(jìn)行的話，那么到樣機(jī)測(cè)試時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)溫度問題無法解決（或者需要使用極高的成本才能解決），項(xiàng)目組必須再將上述六項(xiàng)影響考慮在內(nèi)，然后對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。顯然，這將浪費(fèi)大量的物力人力，而且對(duì)于產(chǎn)品的交付周期會(huì)產(chǎn)生非常直接甚至不可挽回的負(fù)面影響。
建議熱設(shè)計(jì)需求分析時(shí)間點(diǎn)：結(jié)構(gòu)框架、硬件初步方案以及相關(guān)溫度標(biāo)準(zhǔn)制定開始時(shí)。
（未完待續(xù)）
本文節(jié)選自：陳繼良.從零開始學(xué)散熱.第三章。
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