以實驗及數值模擬探討散熱器在均勻與非均勻熱源下對封裝體熱傳效應之影響

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題名:	以實驗及數值模擬探討散熱器在均勻與非均勻熱源下對封裝體熱傳效應之影響
作者:	蔡永祥管衍德
貢獻者:	冷凍空調與能源系
關鍵詞:	計算流體力學熱晶片均勻熱源非均勻熱源循環功率
日期:	2010
上傳時間:	2013-07-24 14:54:13 (UTC+8)
出版者:	台中;國立勤益科技大學
摘要:	本論文之主要目的，在以實驗量測與計算流體力學(Computational Fluid Dynamics, CFD)之模擬分析，探討不同款式散熱器，在均勻與非均勻熱源下，對封裝體的熱傳效能之影響。研究可分為三個部份，第一部份為建立一套熱晶片量測系統，得以對熱晶片進行區域性的加熱，形成各種非均勻的熱源的變化分佈。系統包含軟體、電源控制、與溫度量測等部份。軟體部份包含了以Visual Basic所撰寫的程式，用以對供應至熱晶片中各區域的電源功率進行控制，與以LabVIEW所撰寫的程式，用以量測與記錄由封裝體內部各電阻式溫度感測器(Resistance Temperature Detector, RTD)與黏著在散熱器上之熱電偶的溫度值。電源控制部份則包含了電源供應器與電路控制板，並藉由軟體與單晶片的結合，控制電源於熱晶片內的區域功率大小及分佈。溫度量測部份，則由電源電表(Source Meter)與NI的資料擷取系統，進行電阻式溫度感測器與熱電偶的溫度訊號擷取。此外，為了量測熱晶片接點至晶片表面的熱阻值(Junction-to-Case Thermal Resistance, jc)，研究中也設計與製作了一套jc量測平台。研究的第二部份為以計算流體力學(Computational Fluid Dynamics, CFD)與實驗量測，探討三款散熱器於均勻與非均勻熱源條件下的熱傳特性，所探討的三款散熱器包含了鋁擠型散熱器、具中心銅柱與環形排列鋁鰭片散熱器、與具熱導管之散熱器。研究中以ICEPAK軟體，作為CFD模擬工具，以銅塊黏合陶瓷加熱片用以探討均勻的熱源，並以具五區域加熱功能的熱晶片用以探討非均勻的熱源。非均勻熱原則包含了三區、四區與五區加熱情況。研究的第三部份為探討循環功率，以控制晶片之最高溫度在所設定的最高與最低點間改變，進行熱晶片循環功率情況下的探討。研究也包含了以CFD暫態模式，模擬熱晶片的循環功率運作狀態，並與實驗結果進行比對。本研究的結果，對於未來多核心高效能晶片的散熱解決方案，將有相當高的參考價值。
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