系統(tǒng)散熱講義課件

電子系統(tǒng)的散熱問題熱的產(chǎn)生原因：電子元件在運作時，無法達到100%的效率，所流失的能量絕大部分都轉(zhuǎn)換成熱量發(fā)散?！瑢?dǎo)體的研究正是在克服此問題的發(fā)生～電子系統(tǒng)的散熱問題電腦中的主要熱源：中央處理器(CPU)南北橋晶片(ChipSet)圖形處理器(GPU)記憶體(MemorySet)硬盤(HD)電源(PowerSupply)其他散熱的處理原則：按照能量不滅定律，熱不會消失，僅是轉(zhuǎn)移至它處。Cooler簡易示意圖扣具風(fēng)扇上蓋散熱片支架背板風(fēng)扇轉(zhuǎn)速測量原理檢測RPM完全基於風(fēng)扇底三導(dǎo)（白色線）F.G(FrequencyGenerationoutput)輸出測量，跟據(jù)輸出的高低電平及頻率幅度，BIOS取觸發(fā)信號（相當於一個計數(shù)器），然後再根據(jù)風(fēng)扇充磁極數(shù)決定其周期頻率和RPM。風(fēng)扇的啟動電壓啟動電壓意即風(fēng)扇最低運轉(zhuǎn)工作電壓，是比較風(fēng)扇優(yōu)劣的一項特性，通常淨(jìng)摩擦系數(shù)較低的風(fēng)扇，以及配臺較低工作電壓的霍爾IC才能使風(fēng)扇用較低的電壓來啟動。影響的因素：繞線設(shè)計是否恰當﹔矽鋼片磁滯損失大小﹔霍爾lC的最低工作電壓﹔電晶體放大倍數(shù)高低﹔橡膠磁鐵的充磁強度﹔.扇葉的重量﹔.軸承的摩擦系數(shù)高低﹔電晶體飽和電壓高低﹔是否有反向保護二極體。風(fēng)扇的死角所謂風(fēng)扇死角是指風(fēng)扇置於某些角度情況下不能依規(guī)定電壓啟動。測試方法就是將風(fēng)扇各極依序調(diào)整置於霍爾IC之前，然後將電壓緩慢調(diào)高直到啟動，若各極在小於規(guī)定電壓值之前啟動，代表合格，若有高低差異，啟動電壓超出規(guī)定者，稱為死角。影響的因素：橡膠磁鐵各極充磁不均﹔霍爾IC感應(yīng)靈敏度太差；橡膠磁鐵充磁磁場太弱。風(fēng)扇性能Q正比(轉(zhuǎn)速)P正比(轉(zhuǎn)速^2)Q正比(風(fēng)扇尺寸^3)P正比(風(fēng)扇尺寸^2)風(fēng)扇的改變：轉(zhuǎn)速及尺寸增加風(fēng)扇的類型*軸流扇：高流量*離心扇：高靜壓鰭片作用原理高效能的散熱＝熱傳係數(shù)Ｘ散熱面積Ｘ溫度差*熱傳係數(shù)：材料性質(zhì)，幾何形狀，流場狀況*散熱面積：製造加工方式，幾何形狀*溫度差：幾何形狀，流場狀況CPUCooler熱阻之定義TaTcRtotal=RCPU+RContact+RCoolerRtotal=總熱阻=(Tc-Ta)／QRCPU=CPU熱阻RContact=CPU至鰭片之接觸熱阻RCooler=Cooler熱阻熱阻計算公式Tc–Ta=QKcuAcuΔXcuQQQ1/RgreaseKAlAAlΔXAlHconvection

AAl+++CPU散熱膏散熱片Rtot=Tc–TaQ=Rcpu+Rgrease+Rcooler鰭片設(shè)計重點*總體積尺寸*材料*底板厚度*鰭片形狀*鰭片厚度*鰭片間距*鰭片長度*鰭片／底板之結(jié)合材料鰭片其他設(shè)計考量*製造生產(chǎn)的困難度─鰭片的細長比─Fin-to-Fin間距─鰭片/底板之結(jié)合材料*重量*價格傳統(tǒng)散熱片製程說明＊鋁擠型：主要材料為鋁6063，傳導(dǎo)率約在160～180W/mK，易加工，限制在於散熱鰭片之細長比有其限制(<15)，無法在有限空間下大量增加散熱面積。＊壓鑄型：可作成複雜形狀的導(dǎo)流設(shè)計，能做出薄且密的鰭片，以增加散熱面積。常用的壓鑄合金為ADC12，但熱傳導(dǎo)性較差(96W/mK)。散熱片的新製程＊接合型(BondingFins)：利用鋁擠型擠出有溝槽的散熱片底板，同時將鋁板片或銅板片作成一片片的鰭片，接著將每片鰭片插入散熱片底板的溝槽上，再利用導(dǎo)熱黏膠或銲錫將兩者接合起來。優(yōu)點─細長比可達60倍以上，鰭片可選擇不同材料。缺點─銲接效果難控制，造成界面阻抗增加，且接合強度亦影響產(chǎn)品之可靠性。散熱片的新製程＊鍛造型(ForgingFins)：係經(jīng)精密的風(fēng)到設(shè)計，於模具上開適當?shù)啮捚帕校瑢X塊加熱至降伏點後，於模穴內(nèi)利用高壓使鋁材充滿模穴而形成柱狀鰭片。優(yōu)點─鰭片高度可達50mm以上，厚度可薄至1mm以下。缺點─散熱片容易有鰭片高度不均之現(xiàn)象，模具費用高。散熱片的新製程＊刨削型(SkivingFins)：先以擠型方式做出長條狀帶有凹槽的初胚，接著利用一特殊刀具將初胚創(chuàng)初一層層彎曲的鰭片出來。優(yōu)點─鰭片厚度可薄至0.5mm以下，同時鰭片與底板是一體成行無界面阻抗之問題，另外具有高鰭片密度，高散熱片面積，高熱導(dǎo)性。缺點─量產(chǎn)不易，刀具易磨損，製造材料多。散熱片的新製程＊機械加工型(MachiningFins)：直接由金屬塊將材料加工成具有鰭片間隙的散熱片型式。通常是在CNC機臺上以GangSaw刀具來加工製造散熱片，此刀具具有多重精密排列的鋸輪。優(yōu)點─適用於高性能散熱片的製造，如銅散熱片加工，且容易自動化。缺點─加工過程中易造成鰭片損害和變形問題，同時產(chǎn)生大量廢料與材料耗損，較不具生產(chǎn)性。近期開發(fā)重點＊水冷式散熱系統(tǒng)組件：微型抽水馬達儲水槽管線水冷器風(fēng)扇近期開發(fā)重點＊導(dǎo)熱管及均熱板(HeatPipe&Chamber)：未來產(chǎn)品─微冷卻器微熱交換器微冷凍機微流道熱沉微熱管微型空調(diào)系統(tǒng)電源及系統(tǒng)風(fēng)扇組合不當開孔設(shè)計：從系統(tǒng)風(fēng)扇開孔處引進的風(fēng)很容易直接被電源風(fēng)扇抽走，此外電源排出的熱風(fēng)容易經(jīng)過此開孔處再次被引入。實驗經(jīng)驗：系統(tǒng)風(fēng)扇開孔處的入風(fēng)溫度約高於恆溫恆濕機兩度。將此開孔封閉一般Tc溫度約降一至二度。電源及系統(tǒng)風(fēng)扇組合搶風(fēng)問題：按現(xiàn)有機箱結(jié)構(gòu)造成cooler風(fēng)扇和電源風(fēng)扇及系統(tǒng)風(fēng)扇同時搶風(fēng)現(xiàn)象。導(dǎo)致現(xiàn)象：部分低溫空氣被系統(tǒng)風(fēng)扇及電源風(fēng)扇抽走氣流混亂干擾造成系統(tǒng)噪音提昇電源及系統(tǒng)風(fēng)扇組合Cooler帶走的熱量需要經(jīng)由電源帶走，此時由於電源風(fēng)扇的效能有限，造成溫度在機箱內(nèi)部積存，導(dǎo)致機箱溫度的提昇。開孔大小及位置側(cè)面開孔機箱開孔及材質(zhì)選定對系統(tǒng)整體散熱效益為輔助功能，開孔位置及大小可避免不必要的溫度集中現(xiàn)象，開孔率不足將無法有效引入足夠新鮮空氣﹔開孔率過大有EMI的問題，及無法有效導(dǎo)引風(fēng)向的流動。系統(tǒng)散熱的方向CPU發(fā)熱量將繼續(xù)提昇，加上顯卡晶片的熱量增加，系統(tǒng)先期規(guī)劃