熱設計連載（2）散熱問題，方法和主角都在變化

“最近1、2年，產品廠商的努力方向由‘熱對策’轉向了‘熱設計’”（散熱部件廠商）。產品廠商之間開始區別使用“熱對策”和“熱設計”這兩個詞（圖1）。 圖1：由滯后的“熱對策”向先行的“熱設計”轉變消費類產品廠商正在由“熱對策”向“熱設計”轉變。與事后對成品中出現散熱問題的部位采取措施的熱對策不同，熱設計在設計階段處理有可能出現問題的部分。

“熱對策”是指制造出試制品，實測產品內部的溫度，發現散熱方面存在問題后，采取措施予以應對。而“熱設計”是指在設計階段便事先分析產品內存在散熱問題的部分，事先考慮對策，然后再進行構造設計。具體做法大多是預估主要部件的發熱量，然后根據設計數據進行熱力學模擬。如果模擬結果有問題，便修改設計后重新模擬進行驗證。不斷重復該過程，直到沒有問題之后，才開始試制。這種取代“熱對策”而先進行“熱設計”的做法，試圖從設計之初就解決散熱問題。

隨著對應方法由熱對策轉向熱設計，處理散熱問題時各部門的作用也發生了巨大變化。過去考慮熱對策時，大多情況下主要由結構設計人員負責。而熱設計時，不僅是結構設計人員，元件、電路、外觀等所有設計人員都要參與。各設計人員要從產品的整體設計出發，在注意散熱問題的基礎上對所負責部分進行設計。目的是在各設計層面上做出有利于放熱的設計。其中，最為關鍵的是電路設計人員。

消費類產品也面臨散熱困難

產品廠商為什么開始重視熱設計？原因在于很多產品越來越難以實現散熱。如果散熱失敗，還會造成意想不到的事故。

美國微軟2007年7月宣布，將把該公司制造的“Xbox360”游戲機的特定故障保質期由1年延長至3年。雖然微軟未公布故障原因，但業界普遍認為散熱是導致故障的原因之一注1）。
注1）當出現故障時，電源開關周圍的4個LED中，3個亮紅燈。

本站測試了Xbox360在CPU和圖形LSI運行狀態下各散熱片的溫度（圖2）。結果發現，圖形LSI用散熱片的溫度比CPU用散熱片約高20℃。芯片溫度很可能達到了100℃。

圖2：散熱不足被懷疑是“Xbox360”的故障原因之一據認為，造成微軟游戲機“Xbox360”故障的原因之一是圖形處理LSI的散熱。與高53mm×長80mm×寬40mm的CPU用散熱片相比，圖形LSI用散熱片小，尺寸為高15mm×長90mm×寬70mm。由于圖形LSI上封裝有DVD裝置，因此不得不減小散熱片厚度，從而使冷卻途徑的截面積減小。

圖形LSI和CPU芯片本身的使用溫度范圍基本相同。產品運行時的使用溫度也相同，這樣圖形LSI的冷卻機構能力不足而導致溫度高于設想溫度的假設便能成立。技術人員推測的故障原因如下：在產品運行和停止的溫度循環中，圖形LSI及其周圍印刷底板反復膨張和收縮，印刷底板的焊接部分及電鍍連接部分出現龜裂，從而可能導致接觸不良。事故便是這種“狀態”在產品內部不斷加劇的結果。

還有觀點認為，相對于零部件的發熱量，冷卻功能這種問題，從根本上來說是熱設計或熱對策之前沒有考慮周全的結果，出現這種問題只能說明廠商的技術太幼稚。相信微軟不會錯誤估算了部件的發熱量。所以反過來講，原以為足夠散熱的設計是因某種原因的出現了才導致了散熱不足的結果。（未完待續）