機(jī)箱散熱與防輻射最佳解決方案

1、機(jī)箱散熱與防輻射最佳解決方案窗體頂端窗體底端2004-09-29 10:23作者：來(lái)源：eNet硅谷動(dòng)力收藏到E起摘【 簡(jiǎn)介 】個(gè)人計(jì)算機(jī)的最新技術(shù)，包括處理器、芯片組、內(nèi)存和圖形技術(shù)，在散熱方面對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)師提出了巨大的挑戰(zhàn)。隨著市場(chǎng)向更高的計(jì)算速度、更強(qiáng)大的功能和更小的機(jī)型發(fā)展，這些設(shè)備所產(chǎn)生的熱和熱密度將繼續(xù)增加·美麗接觸 海暢Span芯R280靚圖欣賞·入門(mén)用戶必看！ 酷睿雙核配置推薦·最低799 11款X1650XT全面阻擊76GT·難得一見(jiàn)精英高端板KA3現(xiàn)身市場(chǎng)·“日光魔盒”解決3G手機(jī)用電尷尬概述個(gè)人計(jì)算機(jī)的最新技術(shù)，包括處理器、

2、芯片組、內(nèi)存和圖形技術(shù)，在散熱方面對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)師提出了巨大的挑戰(zhàn)。隨著市場(chǎng)向更高的計(jì)算速度、更強(qiáng)大的功能和更小的機(jī)型發(fā)展，這些設(shè)備所產(chǎn)生的熱和熱密度將繼續(xù)增加。在組件層次的此種熱能增加，迫使設(shè)計(jì)師重新考慮在芯片、包裝、主板和系統(tǒng)層次的散熱解決方案。被動(dòng)和主動(dòng)散熱器已證明是一種可靠而相對(duì)經(jīng)濟(jì)的解決辦法，足以跟上不斷增大的熱環(huán)境的挑戰(zhàn)步伐。為繼續(xù)使用這些散熱器技術(shù)，必須對(duì)系統(tǒng)層次的散熱方案予以考慮。以往，系統(tǒng)設(shè)計(jì)師專(zhuān)注于通過(guò)增加風(fēng)扇的數(shù)量和優(yōu)化通風(fēng)口的位置來(lái)改進(jìn)系統(tǒng)的熱環(huán)境。這一途徑仍然是系統(tǒng)散熱設(shè)計(jì)的一個(gè)重要方面。然而，包裝層次散熱方案的成本和復(fù)雜程度越來(lái)越高，要求有更先進(jìn)的系統(tǒng)層次的技術(shù)，以發(fā)現(xiàn)

3、更平衡、成本效益更佳的系統(tǒng)對(duì)策。如果計(jì)算機(jī)的外殼能提供較低的內(nèi)部溫度，就能大大節(jié)省這一開(kāi)支。通過(guò)在系統(tǒng)層次解決方案和包裝層次解決方案之間的恰當(dāng)平衡，集成商可極大地降低系統(tǒng)的總成本。在熱負(fù)荷越來(lái)越大的環(huán)境中，處理器通常是對(duì)系統(tǒng)散熱設(shè)計(jì)要求最高的部件。處理器散熱方案通常使用銅質(zhì)或鋁質(zhì)的散熱器，并以活躍的風(fēng)扇促使空氣流動(dòng)。處理器失效溫度可以與進(jìn)入活躍的風(fēng)扇和散熱器的空氣的溫度有直接關(guān)系?？諝鉁囟仍降?，處理器失效溫度也越低。隨著INTEL Prescott Pentium4 3G以上CPU的推出后，因?yàn)楦哳l處理器的高功耗帶來(lái)了更大的發(fā)熱量，而舊有的機(jī)箱散熱方案已經(jīng)無(wú)法滿足其需求。于是INTEL為解決3

4、G以上CPU所帶來(lái)的散熱及防EMI問(wèn)題而提出了一整套的方案，“機(jī)箱導(dǎo)風(fēng)管”的設(shè)計(jì)(Air Guide Design)就是其中一種，而更為顯著的另外一套方案就是BTX的規(guī)范。并且也衍生出防EMI的Wave Guide Designe和U-seam Design1、由38而產(chǎn)生的Air Guide Design(機(jī)箱導(dǎo)風(fēng)管設(shè)計(jì))1-1、38我們都知道CPU表面所產(chǎn)生的溫度基本上是在72（INTEL稱(chēng)之為T(mén)-case溫度），而在 35的環(huán)境溫度下，大多數(shù)計(jì)算機(jī)機(jī)箱提供的機(jī)內(nèi)溫度環(huán)境一般約為 40-45。而INTEL必須保證T-case溫度控制在72之內(nèi)，根據(jù)CPU風(fēng)扇所帶來(lái)的散熱能力，必須要讓機(jī)箱內(nèi)

5、的升溫(INTEL稱(chēng)之為T(mén)-rise)低于3的目標(biāo)，就必須要求機(jī)箱內(nèi)的溫度控制在環(huán)境溫度35加T-rise3等于38（此38 INTEL稱(chēng)之為T(mén)-ambient溫度）之下。此38的測(cè)量方式是：CPU風(fēng)扇散熱片(heatsink)上方2cm高取4點(diǎn)的平均溫度。而機(jī)箱的前進(jìn)后出的空氣流向，使得流向CPU風(fēng)扇的空氣溫度已經(jīng)有上升很多，所以就需要為CPU風(fēng)扇單獨(dú)開(kāi)出一條風(fēng)道，使得CPU風(fēng)扇得到的空氣溫度正好是在35以下，所以就產(chǎn)生了“機(jī)箱導(dǎo)風(fēng)管”。1-2、有關(guān)文件1-3、Air Guide Design的原理以下圖片1的設(shè)計(jì)旨在使標(biāo)準(zhǔn) ATX 和 microATX 立式機(jī)箱達(dá)到T-rise升溫低于 3

6、 的目標(biāo)。此設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是降低處理器的環(huán)境溫度，同時(shí)又允許有些核心（處理器、芯片組）區(qū)域根據(jù)不同的主板布局設(shè)計(jì)而移動(dòng)?？偟哪康氖翘峁┮环N能以最低代價(jià)和最小集成影響應(yīng)用于不同主板的、且可方便地集成到當(dāng)前和今后的機(jī)箱設(shè)計(jì)中的冷卻方案。圖 1 是一種與當(dāng)前許多 microATX 機(jī)箱平臺(tái)相類(lèi)似的機(jī)箱。圖中顯示了附在機(jī)箱側(cè)板上的三件套“機(jī)箱導(dǎo)風(fēng)管”。機(jī)箱導(dǎo)風(fēng)管由一根中空管構(gòu)成，其一端外展，將室內(nèi)冷空氣導(dǎo)向處理器。它沒(méi)有風(fēng)扇，因此是一種完全被動(dòng)的冷卻方案。它完全依賴(lài)于內(nèi)部的系統(tǒng)風(fēng)扇將空氣導(dǎo)向處理器和其它系統(tǒng)部件。為發(fā)揮正常功能，在機(jī)箱側(cè)板上需要有一個(gè)通風(fēng)口。機(jī)箱導(dǎo)風(fēng)管的設(shè)計(jì)限制了一件套機(jī)箱頂板和側(cè)板的使用

7、。以下是永陽(yáng)機(jī)箱的實(shí)例1-4、Air Guide Design的典型氣流型式圖 2 顯示使用機(jī)箱導(dǎo)風(fēng)管時(shí)預(yù)期氣流型式的一個(gè)例子。此系統(tǒng)平臺(tái)有一個(gè)典型的后部 80 mm系統(tǒng)風(fēng)扇和一個(gè)電源設(shè)備上的 80 mm風(fēng)扇。這兩個(gè)風(fēng)扇都從機(jī)箱中排氣（吹出空氣），提供系統(tǒng)部件冷卻所需氣流。這種風(fēng)扇配置造成機(jī)箱內(nèi)部的壓力略低于箱外大氣壓。于是，機(jī)箱上的其它所有開(kāi)口都成為進(jìn)風(fēng)口?，F(xiàn)在，主要進(jìn)風(fēng)口是前擋板開(kāi)口和機(jī)箱導(dǎo)風(fēng)管。處理器風(fēng)扇與散熱器組合能直接吸入箱外空氣，仍然是處理器冷卻的重要部分。氣流平衡對(duì)于保證其它系統(tǒng)部件的充分冷卻仍極為重要。這涉及在機(jī)箱外殼的前面和側(cè)面提供適當(dāng)?shù)拈_(kāi)放區(qū)域，使所有部件都接收到所需的氣流

8、量。沒(méi)有恰當(dāng)?shù)臍饬髌胶?，有些部件可能在低于所需溫度下運(yùn)行，而其它一些可能在較高的環(huán)境溫度下運(yùn)行。氣流平衡不易掌握，但如控制正確，所有系統(tǒng)部件都能在建議的溫度范圍內(nèi)運(yùn)行。2、散熱通道及其防EMI的功能2-1、機(jī)箱后部系統(tǒng)排風(fēng)扇業(yè)已證明，系統(tǒng)風(fēng)扇仍然是整個(gè)系統(tǒng)冷卻方案的極有價(jià)值的一部分。系統(tǒng)風(fēng)扇在系統(tǒng)內(nèi)部造成一個(gè)相對(duì)于外部系統(tǒng)的低壓環(huán)境。從而形成壓力梯度，迫使機(jī)外的冷空氣經(jīng)導(dǎo)風(fēng)管流入系統(tǒng)。建議使用能提供至少 39CFM自由空氣流的 80 mm或更大的后部風(fēng)扇，以與機(jī)箱導(dǎo)風(fēng)管配合從機(jī)箱排氣。使用機(jī)箱導(dǎo)風(fēng)管時(shí)不應(yīng)采用后部風(fēng)扇給機(jī)箱加壓，因?yàn)檫@將使本解決方案完全失效。而風(fēng)扇加大，通風(fēng)孔不加大，其散熱效果

9、同樣沒(méi)有達(dá)到。我們知道，在同一截面積下，方形孔的面積要比圓形孔的面積要大，也就是說(shuō)方形孔的通風(fēng)量要比圓形孔要大。在充分考慮防EMI的情況下，只有使用一定大小的方形孔，才能達(dá)到最大的通風(fēng)量。下面是永陽(yáng)機(jī)箱實(shí)行方形孔的實(shí)例：而通風(fēng)孔徑增大了，隨之而來(lái)的是防EMI（電磁輻射）問(wèn)題。由此，INTEL又推出了新的設(shè)計(jì)：Wave Guide Design。此設(shè)計(jì)將放在第三條作重點(diǎn)介紹。2-2、電源設(shè)備風(fēng)扇目前市場(chǎng)上供應(yīng)的電源設(shè)備風(fēng)扇已證明足以支持本文定義的機(jī)箱導(dǎo)風(fēng)管。電源設(shè)備風(fēng)扇應(yīng)排出機(jī)箱熱氣以幫助系統(tǒng)冷卻。以熱空氣向機(jī)箱加壓的電源設(shè)備風(fēng)扇將降低機(jī)箱導(dǎo)風(fēng)管的功效。在這方面不需改動(dòng)或特殊考慮以支持機(jī)箱導(dǎo)風(fēng)管

10、。2-3、處理器活動(dòng)風(fēng)扇散熱器與后部系統(tǒng)排風(fēng)扇幾乎相同，處理器冷卻風(fēng)扇仍然是整個(gè)冷卻方案的關(guān)鍵部分。使用機(jī)箱導(dǎo)風(fēng)管時(shí)，需要一個(gè)活動(dòng)風(fēng)扇散熱器來(lái)維持氣流以適當(dāng)?shù)乩鋮s處理器。不要與機(jī)箱導(dǎo)風(fēng)管同時(shí)使用處理器被動(dòng)冷卻方案。機(jī)箱導(dǎo)風(fēng)管的目的僅在為將冷空氣吸入處理器核心區(qū)域提供路徑。導(dǎo)風(fēng)管不會(huì)推送冷空氣，而是由機(jī)箱系統(tǒng)風(fēng)扇吸入機(jī)外冷空氣。3、Wave Guide Design一個(gè)系統(tǒng)的電磁干擾（EMI）性能決定于設(shè)計(jì)在系統(tǒng)主板中的躁音抑制程度，以及在機(jī)箱設(shè)計(jì)中（包括內(nèi)部子系統(tǒng)和電纜的放置）提供的對(duì) EMI的限制條文。要求符合嚴(yán)格的電磁兼容性（EMC）極限，如 CISPR-22 歐洲標(biāo)準(zhǔn)或 FCC “B”

11、美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)主板生產(chǎn)商的開(kāi)放機(jī)箱要求提出，大多數(shù) EMI 的要求應(yīng)在主板層次實(shí)現(xiàn)。不過(guò)，機(jī)箱應(yīng)提供至少 6 dB 的 EMI致弱或整個(gè)頻譜的屏蔽效率（SE）。6 dB 的目標(biāo)假定主板符合 FCC Part15（開(kāi)放盒試驗(yàn)）的標(biāo)準(zhǔn)。預(yù)期散射較高的主板很可能需要額外的防護(hù)外殼。這些標(biāo)準(zhǔn)，加之更高的處理器和視頻頻率，要求提供額外的防護(hù)外殼?；驹O(shè)計(jì)原則并未改變，但是，隨著頻率繼續(xù)升高，波長(zhǎng)更短，在機(jī)箱設(shè)計(jì)方面也要求更多的接地點(diǎn)和更小的空隙。在極高頻率下，這一要求不切實(shí)際，因?yàn)榻拥攸c(diǎn)十分靠近，以致需要連續(xù)的墊圈，而通風(fēng)口也小得會(huì)阻擋氣流。EMC 標(biāo)準(zhǔn)：47 CFR Parts 2 和 15（美國(guó)）IC

12、ES-003（加拿大）EN55022:1998（歐盟 Emissions）EN55024:1998（歐盟 Immunity）其它國(guó)際要求基于 CISPR 22設(shè)計(jì)原理通過(guò)增加孔的厚度來(lái)達(dá)到防EMI的效果永陽(yáng)機(jī)箱Wave Guide Design實(shí)例4、U-seam Design設(shè)計(jì)原理U-Seam Width Width of U-Panel slotT Thickness L-PanelGap Average gap between panels, represented as (Width-T)/2Overlap Depth of overlap between U-Panel and L-Panel 永陽(yáng)機(jī)箱U-seam Designs實(shí)例由以上可知，真正能夠達(dá)到38的機(jī)箱也并不只