認識熱阻計算

我先前討論過為何裝置的散熱考量不可以事後評估的各種原因。在它變成一個問題前，有許多方法可以處理裝置的散熱需求。我的有名同事之一Ross Wilcoxon，Rockwell Collins的首席機械工程師，有個好方法。在他的文章「熱阻網路的矩陣基礎試算表：第1部份」於2010年秋季的Electronics Cooling 中，討論了一個使用Excel供熱阻模型的方法。

我好奇的天性讓我無法不重視此文章。我提出了一些問題。Ross非常熱心地協助我。

[Amanda Hartnett] 為什麼裝置使用的材料熱阻特性分析很重要？​

[Ross Wilcoxon]

也許不 – 有時候最好的方式是從熱阻網路分析（或任何模擬工作）來決定那一個項目對於最後結果來說是最重要的（元件溫度、可靠度等）及那些項目不重要。例如，若系統中的鋁質底盤在整體熱阻扮演關鍵因素且具有大的溫度梯度，那知道它是屬於那種合金就很重要，因此您可以估算其熱傳導率。另一方面，若底盤溫度非常均勻，那麼確切知道其熱傳導率可能就不是那麼重要。

[Amanda Hartnett] 從材料供應商需要取得那些資料以完成熱阻網路分析呢？​

[Ross Wilcoxon] 很明顯地，熱傳導率是個好的開始，若您計劃做瞬態分析（我計劃在本系列第3部份討論，同時提供給Electronics Cooling），比熱及密度數據也蠻重要。對於介面材料而言，整體的介面熱阻會比熱傳導率更重要。許多案例中，不只是擁有標稱值的數據，對於不確定性的指標也很重要。熱網路的阻抗可以如同標稱材料性質一樣簡單使用最佳或最壞的數值計算。在試算表中可以很簡單地更改這些數值，而能輕易地依此看出精確的數值有多重要，並觀察在最好和最壞數值間如何改變整體溫度。同時我也以蒙地卡羅模擬法為基礎做了一些試算表，以取得手邊未知項目像是熱間隙填料及熱測試台的累計效應。對於此類型的分析，您對於未知項目及標稱值需有些了解。

[Amanda Hartnett] 像這樣的模型可以用來特性分析單層的劣化效應嗎？

[Ross Wilcoxon] 大概吧，我不太確定你的意思。若考慮單層的效應（我想你是指散熱介面材料）計算在熱阻計算中，當然 – 你只需在式子中加入一個因素計算，像是孔洞對於介面材料的有效熱傳導率減少至X%以評估會影響多少的整體效應。我想它也取決於材料和幾何參數轉換至熱阻時的複雜程度。

[Amanda Hartnett] 在典型的散熱解決方案中，您有發現邊界值比其他因素更重要嗎？​

[Ross Wilcoxon] 在許多的案例中，熱路徑（元件和連結不知名物件間– 我猜你想要回答，對吧？！）的介面在第1個mm處熱量就消失了，但在很多我們的系統中，瓶頸點是最後1 mm處（從系統中將熱能移至環境中）。網路熱阻分析最大優點之一是您可以簡單地藉由改變試算表的欄位值調整阻抗，包括邊界條件。如此能讓您知道那項參數是最關鍵及需要被了解。例如，Electronics Cooling的下個文章中（假設我得以即時完成撰寫），我計劃寫一篇針對我們的飛彈莢艙設備及一些其他供應商設備的分析。在做分析時，我們對於一些特定事項並不了解像是我們模具附加的表面處理、飛彈莢艙所用的特殊合金等。快速檢視分析工具可以幫助我們辨別那項未知項目對於熱分析是關鍵因素，而我們可以專注在尋求該資訊。

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Ross – 感謝您抽空分享知識和經驗！