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2021.02.24 熱設計

熱設計的相互理解

電子裝置中半導體元件的熱設計

上一篇文章中,我們介紹了半導體元件的熱設計,必須要適應技術發展趨勢的必要性。本文中將介紹近年來半導體元件的熱設計工作,如果缺乏裝置設計相關技術部門之間的相互理解,就無法順利進行半導體元件的熱設計。雖然在對熱設計進行具體說明之前的內容有些冗長,但這是由於近年來半導體元件的熱設計課題不僅與熱設計的技術水準有關,而且還與熱設計的環境和體制密切相關。希望在理解這一點的前提下再繼續進行工作。

熱設計的相互理解

產品研發大致會涉及到電子電路設計、安裝電路板(PCB)設計、機械設計及軟體設計。傳統這些工作通常由各個專門的設計人員或負責部門分工完成,例如,電子電路設計人員負責選擇符合產品規格的元件並設計電路;軟體設計人員負責研發用於控制硬體的軟體;安裝電路板設計人員負責考慮到適當的零件配置、佈局以及電路板尺寸等因素來設計電路板;而機械設計人員則負責設計外殼和結構。

要想在這種情況下實現理想的熱設計,如果沒有一種機制能夠使每個設計人員都將熱設計融入到自己的設計中,並與其他設計共用讓熱設計成為一個整體設計,就很難打造出熱設計最佳化的產品。

例如,我們將探討設計無風扇規格,以適應裝置小型化、低雜訊和降成本的發展趨勢。有風扇的規格通常應該由負責外殼內部冷卻的機械設計人員來擔當,但是當沒有風扇時,哪個設計人員可以處理冷卻問題呢?這張圖列出了每個部分的設計人員有可能作為熱設計要進行的事情。

可能您看到內容就會馬上注意到,要想完成無風扇設計,就需要每個部分的設計人員都要在各自負責的部分採取相應措施,以減少發熱量或提高散熱性,每種措施之間都是相互關聯的。這些往往是沒有相互溝通交流就無法完成的事情,如果沒有相互理解,心存僥倖,不太可能不發生由此產生的後果。反之,相互理解、溝通順暢的話,則可能注意到僅在自己負責的部分中沒有注意到的問題,從而能夠尋求更有效的解決方案。

透過相互理解來最佳化熱設計的好處

有一個詞叫做“設計品質”。簡而言之,高品質的設計是:根據設計進行試做,沒有問題,能夠在短時間內投入量產,並且在市場上也沒有問題。這不僅局限於熱設計,而是每個人都想要的結果。因此,提高設計品質是非常重要的。而要實現高品質的設計,除了前面提到的要建立能夠滿足現代要求的熱設計和評估標準、以及相互理解之外,還必須“認真地執行”熱設計。

雖然實際上可能存在人手不足或成本優先等問題,但是提高設計品質其實是非常有助於解決這些問題的。如下圖所示,如果設計品質提高了,就可以減少試做次數。這本身就可以大大降低成本,並且由於重做作業減少了,不僅可以節省成本,還可以節省人力。

從下一篇文章開始,我們將介紹熱設計和散熱的基礎知識。

重點:

・除了建立滿足現代需求的半導體元件熱設計和評估標準外,對半導體元件的熱設計的相互理解,對於優化熱設計來說是非常必要的。

・必須“認真地執行”半導體元件的熱設計。

・透過提高半導體元件的設計品質,可以減少人力並降低成本。

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