Page 44 - 實現系統級效能、功耗與面積的3D-IC小晶片設計

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設計新技術
思考基本熱學概念
Bill Schweber，EE Times/EDN/Planet Analog資深技術編輯
散熱是許多設計中的一個 主要課題。無論是降低或管 理熱耗散、使用各種冷卻技 術、甚至為冷卻或超導而製 冷，與熱相關的問題在工程 考慮中都是普遍存在的。
工程師通常在宏觀的範圍內 考慮熱問題。相比之下，許多理論 物理學家卻從非常微觀——我認為 是從原子和分子的熱「生命」(life) 角 度，來 看 待 熱 效 應。
圖1:這類顯示了半導體元件封裝的熱流路徑和電阻的熱模型，是設計過程中的關鍵部分。(來源:立錡科技)
無論學習哪門學科，許多工程 師都會在某個階段接觸熱學課程。 就算不是在正式的課堂上，網路上 也有不少由學者和供應商提供的優 秀教材。這些課程和教材都會講解 基 礎 知 識，如 熱 源、熱 流、阻 抗、導 熱率和建模等基礎知識，如圖1所 示。這些通常用作檢查被動和主 動散熱管理工具的先導，這些工具 包括散熱器、熱管和冷板、風扇、 空調，甚至基於流體的冷卻系統。
圖2:瞭解熱量和能量流動的三種方式是熱力學和熱分析至關重要的第一步。
(來源:solpass.org)
事實上我對熱科學是既愛又 恨。許多年前，我愚蠢地報名參加 了一門熱物理課程，希望學習宏觀 方面的知識，但這門課程實際上 是關於微觀方面的，對工程設計幾 乎毫無用處。相反，它是關於基礎 物理學的深入研究;它甚至包括仔
不過，說到熱愛的那一面，我 真心很喜歡學習——誠然是在不
由於對熱問題的複雜情緒，我 有點猶豫要不要讀一本最近出版 的關於這個話題的書。Paul Sen 的《愛因斯坦的冰箱:冷與熱的區 別如何解釋宇宙》(《Einstein’s Friend : How the Difference of Hot and Cold Exploration the
www.eettaiwan.com | 2022年4月
細閱讀愛因斯坦在1905年發表的 一篇關於隨機布朗運動的論文(當 然是譯文版)，這篇論文援引了由高 等微積分支援的抽象理論結構之間 的複雜相互作用。但課程從未提及 熱流繞不開的三大支柱——傳導、 對流和輻射，如圖2所示，因此我 很快意識到這對整門課程來說不 是個好兆頭。
同的環境中——學習廣泛的熱學 概念和熱學分析，用來評估和管理 電子系統中的熱量，以及理解和管 理熱量流動的實用方法。
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