设计审查课程(林处长课程)

设计审查課程

讲师: Jack(林处长)

一.散热片产品设计理念的思考:为什么要这样设计

1. H.S的功能(产品的功能):应用热传递(热传导,热对流,热辐射)原理,使CPU工作时产生热量传到H.S, 热量从H.S

散发到周围的空气中;

2.产品锁固方式(产品的结构):产生如何和CPU芯片组装? 组装孔位如何?芯片承受的压力是多少?

3. 产品的热传递能力(热传方式):CPU温度极限? 怎样保证CPU工作时产生的热量传递到H.S?

4. 热量的散发(热对流:自然对流和强制对流)):对流的快慢如何保证?

二.产品的如何锁固(相关组件:CPU,H.S,PCB,背板,螺丝,彈簧,扣具):

1.力学思维: 扣合压力范围(最上限最下限中间的力)

1)扣合压力的定義的依据小于哪些力(散热片所设计的扣合压力值范围):

A.扣合压力值必须小于CPU所能承受的压力值(大于CPU芯片会压坏, CPU的材質?)

B.小于PCB所能承受的压力(大于PCB会变形)

C.小于H.S本身所能承受的压力(H.S材料变形范围)

D.小于背板与变形的拉力值(大于背板会变形)

E.小于导致螺柱滑牙的拉力值(大于背板会滑牙)

F.小於扣具變形的壓力壓力值和拉力值(大於扣具會變形):須整理各種扣具類形

G.小於PUSHPIN變形的壓力值(大於PUSHPIN會變形或破裂)

2.) 大于部份:

A.大于H.S与CPU 完全贴合的力(未完全贴合热无法传递);

B.大于使H.S位移的力,跌落或振动时H.S加速度產生的力:F=m.a(H.S散热片如产生位移会失去散热的功能).

三.产品热传能力设计考虑因素

1.導熱系數(熱導率):是物質的一種特性,反映物質熱傳遞性能的強弱,國際上將導熱系數定義為流量除以溫度梯度(單

位: W/m*K),測量方法國際上慣用熱線法,使用熱線法測量導熱系數有多種方法,其中交叉線技術為測量線性熱源(熱線)的溫升,平行線技術測測量與熱源隔著一定距離一定位置上的溫升,將熱線與電偶插入兩片試樣之間,從加熱電源接通之時開始測量,得到溫升對時間的函數,由此得出試樣材料的導熱系數.

2.材料的设计:

1) 常见的高导热材:石墨--1950(W/m*K) ,银—427(W/m*K) ,铜–398(W/m*K) , 金–326(W/m*K) ,铝

—236(W/m*K),

2) 成本考量:铜和铝价格相對較便宜,銅高於鋁的單價且密度大於鋁;

3) 加工:铜和铝机加工方面;

3) H.S其它材料的作用:有定位,有保护,有加固,有扣合.如風扇護網:有裝飾和保護風扇葉的作用,也有應用起結構

作用;鋁蓋有起保護FIN、固定風扇、流場的設定等.

3. FIN数量的设计:

1) FIN多少与散热面积有关(热交换的面积越大散热效果越好);

2) FIN间隙合理性的设计(间隙过大无法体现H.S的功能,过小FIN与FIN间的热量交换且风的流量受阻);

3) 加工工艺瓶颈决定FIN间隙的大小;

4) 功能性的比价(功能与成本的考虑);

5) FIN所能带多少热与周围的空气交换(CPU能产生的热与FIN可交换的热):熱交換率

4. 增加风扇的作用(為什麼設計風扇):

1) 風扇功能: 起强制对流散热制对流作用,利用风扇的导流作用令空气快速通过散热片表面及内部加快散热片与

空气之间的热对流即强制对流散热;

2) 风扇转速:风扇转速的快慢决定风的流量,从而决定强制对流的效果,導致H.S ΔT變大

5. 增加热管的作用(為什麼設計熱管):

1)熱管工作原理:热管是利用蒸发制冷(汽化吸热),使得热管两端温度差很大,使热量快速传导,一般热管由管壳、吸

液芯(铜粉)和端盖组成.热管内部是被抽成负压状态,充入适当的液体(纯凈水加其它液体),这种液体沸点低,容易汽化.热管一段为蒸发端,另外一段为冷凝端,当热管一段受热时,毛细管中的液体迅速蒸发，蒸气在微小的压力差下流向另外一端,重新凝结成液体,释放出热量(液化放热),液体再沿多孔材料靠毛细力的作用流回蒸发段,如此循环不止,热量由热管一端传至另外一端.这种循环是快速进行的，热量可以被源源不断地传导开来。

2) 內聚力: 所谓的万有引力,其本质就是內聚力:物以內聚的肉聚力

3.) 熱管壽命測試:熱管熱量過多全部汽化會導致熱管壞死,多少瓦數之內運行,沒有下限,只有上限,故在設計須考

慮CPU工作溫度,測定熱管工作上限,保證熱管壽命.

4) 防漏測試:熱管內有一定液體,內為抽真空故須作防漏測試.

6. 热气上升的原理: 是热胀冷缩的原因,受热气体体积膨胀,密度减小所至热空气上升冷空气下降,如孔明燈. (H.S在散

熱過程中熱气是上升狀況)

四.尺寸公差的配合(设计尺寸审查)

1.寻找图纸的基准点:基准在哪里?思考以X,Y, Z轴,中心轴考虑,找出基準(結合點,加工基準),配合尺寸的基準應相同.

2.公差的设计:公差的定义是组装状况以及制程能力而定义, 如孔径位置,本身尺寸与位置尺寸配合是松配还是紧配;

配合公差須考上下限配合狀況, 治具在制作時應考慮配合公差作好定位.

3.工程在配合公差上承認模具的行為: 模具开发的先后,如AB两家,模具A在先开以A为准,B后开配合A修改(前提A必須達到產品規格);

五.课程所涉及的原理及学术范畴:

1. 热气上升的原理:是热胀冷缩的原因,受热气体积膨胀(内部分子运动活跃),密度减小所至热空气上升冷空气下降.

2. 汽化吸热(蒸发和沸腾是汽化的两种方式),液化放热

3. 热传递: 热传导,热对流,热辐射

4. 流体力学: 主要研究在各种力的作用下，流体本身的状态，以及流体和固体壁面、流体和流体间、流体与其他运

动形态之间的相互作用的力学,它主要研究流体本身的静止状态和运动状态，以及流体和固体界壁间有相对运动时的相互作用和流动的规律。

5. 力学:静力学和动力学

6. 机构材料學

六.課程要求PE,QE須建立技術參數數據庫(項目).

整理: QE陶斯萬

2007年3月9日