《系统散热讲义》PPT课件

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1、電子系統的散熱問題熱的產生原因：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換成熱量發散。～超導體的研究正是在克服此問題的發生～電子系統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，僅是轉移至它處。Cooler簡易示意圖扣具風扇上蓋散熱片支架背板風扇運算的基本原理DC風扇運轉原理：根據安培右手定則，導體通過電流，周圍會產生磁場，若將此

2、導體置於另一固定磁場中，則將產生吸力或斥力，造成物體移動。在直流風扇的扇葉內部，附著一事先充有磁性之橡膠磁鐵。環繞著矽鋼片，軸心部份纏繞兩組線圈，並使用霍爾感應元件作為同步偵測裝置，控制一組電路，該電路使纏繞軸心的兩組線圈輪流工作。矽鋼片產生不同磁極，此磁極與橡膠磁鐵產生吸斥力。當吸斥力大於虱扇的靜摩擦力時，扇葉自然轉動。由於霍爾感應元件提供同步信號，扇葉因此得以持續運轉，至於其運轉方向，可依佛萊明右手定則決定。風扇轉速測量原理檢測RPM完全基於風扇底三導（白色線）F.G(FrequencyGenerationoutput

3、)輸出測量，跟據輸出的高低電平及頻率幅度，BIOS取觸發信號（相當於一個計數器），然後再根據風扇充磁極數決定其周期頻率和RPM。風扇的啟動電壓啟動電壓意即風扇最低運轉工作電壓，是比較風扇優劣的一項特性，通常淨摩擦系數較低的風扇，以及配台較低工作電壓的霍爾IC才能使風扇用較低的電壓來啟動。影響的因素：繞線設計是否恰當﹔矽鋼片磁滯損失大小﹔霍爾lC的最低工作電壓﹔電晶體放大倍數高低﹔橡膠磁鐵的充磁強度﹔.扇葉的重量﹔.軸承的摩擦系數高低﹔電晶體飽和電壓高低﹔是否有反向保護二極體。風扇的死角所謂風扇死角是指風扇置於某些角度情況下

4、不能依規定電壓啟動。測試方法就是將風扇各極依序調整置於霍爾IC之前，然後將電壓緩慢調高直到啟動，若各極在小於規定電壓值之前啟動，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感應靈敏度太差；橡膠磁鐵充磁磁場太弱。風扇的充磁極數極數多代表磁場變化速度快，磁場變化速度快代表頻率增加，頻率增加一方面提高矽鋼片能量轉換效率，使相同電流值能作較多的功，得到較高轉速，所以，轉速與極數係成正比關係。風扇性能Q正比(轉速)P正比(轉速^2)Q正比(風扇尺寸^3)P正比(風扇尺寸^2)風扇的

5、改變：轉速及尺寸增加風扇的類型*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Ｘ散熱面積Ｘ溫度差*熱傳係數：材料性質，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，流場狀況鰭片散熱途徑*熱傳導：固體部分，鰭片的材質(鋁=>銅=>?)結合方式(Epoxy=>Solder=>Brazing=>?)*熱對流：風扇的效能(60=>70=>80=>?)*熱輻射：溫度差的自發性反應(X)*沸騰，蒸發：熱管,VaporChamberCPUCooler熱阻之定義TaTcRtotal=R

6、CPU+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/RgreaseKAlAAlΔXAlHconvectionAAl+++CPU散熱膏散　　熱　　片Rtot=Tc–TaQ=Rcpu+Rgrease+Rcooler鰭片設計重點*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／底板之結合材料鰭片效能因子*熱對流強度或鰭片面積*鰭片

7、所具有的熱傳導面積*風扇壓力損失*底板的熱擴散性鰭片其他設計考量*製造生產的困難度─鰭片的細長比─Fin-to-Fin間距─鰭片/底板之結合材料*重量*價格傳統散熱片製程說明＊鋁擠型：主要材料為鋁6063，傳導率約在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流設計，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

8、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，再利用導熱黏膠或銲錫將兩者接合起來。優點─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品之可靠性。散熱片的新製程＊折彎型(FoldingFins)：將薄板片折