CN100552444C - 热源模拟装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热源模拟装置，主要用以模拟电子元件的发热情形，并评价某一待测移热装置的移热性能，旨在提升该模拟装置与该待测移热装置之间的传热量测准确度，该模拟装置包括一承座、至少一电热棒、一模拟电子元件发热的导热体以及至少一支撑杆，该承座内设有一凹槽，该导热体由该支撑杆提供支撑并容置在该凹槽中，该导热体与该凹槽的内表面之间留有间隙，该电热棒用于输入热量至导热体中。上述导热体藉由支撑杆支撑进行定位，可避免与承座直接接触，具有有效防止热散失及准确评价被测移热装置散热能力之功用，使被测移热装置之移热量可以直接由电热棒之输入准确量得。

Description

热源模拟装置

【技术领域】

本发明涉及一种热源模拟装置，特别是关于一种模拟热源发热并藉此评价待测移热装置之移热性能的热源模拟装置。

【背景技术】

随着全球电子产业技术的快速发展，使高科技电子产品朝向更轻薄短小及多功能、更快速的趋势发展，电子元件如计算机微处理器等每单位面积所释出的热量(热通量)也随之越来越高，为此必须藉由移热装置将电子元件产生的热量快速散发出去，以确保电子元件的正常运行。为衡量该移热装置的移热能力是否满足该电子元件的散热需求，业界常利用热源模拟装置模拟电子元件的发热情况，以对待测移热装置的散热性能进行检测。

目前用于模拟电子元件发热的热源模拟装置通常是直接将模拟电子元件发热的发热源放入一支撑座内，利用电热棒等加热设备逐步对发热源输入热量，并使待测移热装置与该发热源呈热传接触，以检测电热棒对发热源输入的热量是否全部被移热装置所带走。如果在给定的条件下，该移热装置所带走之热量值(即散热能力)大于某一电子元件额定的发热量，则可判定当该被测移热装置被运用至该电子元件上进行散热时，可进行有效散热；否则，和移热装置接触的发热源表面温度T_case会超过某一额定值，而判定该移热装置无法被运用至该电子元件上进行散热。

然而，上述测量方法中，是采用将发热源直接与支撑座接触的方式，虽然支撑座通常采用导热性较差的热绝缘材料制成，但在测试时间内，仍将导致部分热量经由发热源与支撑座之间的直接接触传导而散失，以致由该发热源中电热棒所测得的热输入量远高于移热装置实际带走的热量。上述误差将容易导致过度乐观的设计或误判，主要原因在于在测试过程中，热量不停地由设于发热源外围的支撑座吸收，虽然热绝缘材料之导热性较差，但由于支撑座的质量及体积远高于该发热源，产生的热传损失仍不能忽视，致使发热源与移热装置之间的热传很难达到稳态状况，影响所及，除非对散失的热量有精确的评估，否则将造成实验量测上很大的不准度，然而，热散失的评估往往是热传实务中最为困难的一项工作，因而在设计电子元件热源模拟装置时应朝如何避免热散失的方向作改进。

【发明内容】

为解决现有的热源模拟装置存在较大热量损失的技术问题，在此实有必要提供一种可减少热量损失而能准确模拟热源发热的模拟装置。

该热源模拟装置包括一承座、一模拟热源发热的导热体以及至少一支撑杆，该承座内设有一凹槽，该导热体由该至少一支撑杆提供支撑并容置在该凹槽中，该导热体与该凹槽的内表面之间留有间隙。

上述模拟热源发热的导热体是通过支撑杆提供支撑而容置于凹槽内，并避免与承座直接接触，达到有效防止热散失的效果。

【附图说明】

下面参考附图，结合实施例对本发明作进一步描述。

图1是本发明热源模拟装置其中一实施例之立体分解示意图。

图2是图1所示热源模拟装置中导热体的立体示意图。

图3为图1所示热源模拟装置中承座之俯视图。

图4是图1所示热源模拟装置之剖视图。

图5是图1所示热源模拟装置之立体组合图。

图6是图5所示热源模拟装置填充绝热棉后的示意图。

图7是图1所示热源模拟装置中支撑杆的另一实施例。

图8是图1所示热源模拟装置中支撑杆的又一实施例。

【具体实施方式】

图1至图5揭示为本发明热源模拟装置之其中一实施例，该模拟装置1主要用来模拟计算机微处理器等电子元件的实际发热情形，并针对给定的移热装置(图未示)如鳍片式散热器、热管散热器以及液冷式散热器等进行散热性能检测，以判定该特定移热装置之散热能力是否达到符合的标准，并为将来之研发设计提供参考。该模拟装置1包括一导热体10、一承座20、至少一电热棒30、至少一热电偶40以及至少一支撑杆50，如图1所示。其中，该承座20以选用易成型且热导性差之材料为佳，例如电木、塑料、橡胶、ABS等，在其接近中心位置形成有用于容置该导热体10的一凹槽22。在本实施例中，所采用之支撑杆50数量为四根，该等支撑杆50可以采用至少一支长度与直径比值(aspect ratio)大的细长形螺杆，其可从承座20之底部穿入凹槽22中，以在导热体10置入凹槽22后为其提供支撑定位，而将该导热体10固定在承座20之凹槽22中，当然，可对导热体10提供支撑定位功能的结构还可采用弹性元件比如弹簧，例如可预先将弹簧设在导热体10之凹槽22中，以对后来置入之导热体10提供支撑定位。

请参图2，该导热体10用以模拟电子元件的发热状况，其包括一接触板12、一发热核心14(die)以及一导热源16。其中，该发热核心14设位于接触板12与导热源16之间，该导热源16上开设有对应于电热棒30之深孔162，以供上述电热棒30插入定位；该接触板12比发热核心14具有更大之横截面积，以真实地模拟电子元件发热面的几何外形与实际的发热情形。为准确量得上方接触板12的温度，在其一侧面上接近该接触板12顶面之表层特定位置处钻有对应热电偶40且与其外径相近尺寸之深孔122，该深孔122分别设置在靠近该接触板12的中心部及边缘，该中心部之深孔122是提供上述其中一热电偶40插入并测量接触板12的表面温度T_case，而该边缘之深孔122通常用作辅助评价之用途。

为使不同的移热装置之冷却面与该接触板12的顶面有正确的定位及良好的热传导接触，在承座20上表面可预先围绕凹槽22之周围设置固定该移热装置之若干安装孔24，如图3所示，该安装孔24内可为预设有内螺牙之螺孔。当待测移热装置重量较大时，为更方便地调整接触板12的位置，该承座20之凹槽22底部还设有贯穿承座20的一中心孔25，于组装时可利用辅助工具透过该中心孔25而达到调整接触板12位置的功能，或于拆解维修时将导热体10顶起与承座20分离；围绕该中心孔25的四周设有若干固定孔26，该等固定孔26可为螺孔，以供支撑杆50由承座20底部伸入凹槽22内并相对承座20进行固定。

为使电热棒30以及热电偶40顺利经由承座20而分别插入设于凹槽22内的导热源16及接触板12中，该承座20上分别开设有与导热源16及接触板12的深孔162、122同心共轴的导引孔27、28，如图1所示，以分别供电热棒30及热电偶40导引插入，为达同心共轴之加工目的，在承座20上切除朝向垂直该共轴方向之角落部分，且由于支撑杆50直接承受导热体10重量及定位，以致藉由调整各支撑杆50之伸出高度即可顺利将电热棒30及热电偶40分别经由导引孔27、28插入导热体10之深孔162、122中，为使电热棒30与该深孔162之内壁面有良好的热接触，在两者之间可涂上导热膏或导热性良好的填充涂料。上述实施例图中所举导热体10与承座20的相对方向与位置亦可依实际需要而采用不同的安排。

请参图4及图5，在组装时，该导热体10置于承座20之凹槽22内，导热体10底部及其外围与凹槽22的内表面之间留有适当间隙，防止导热体10与承座20直接接触而造成热量损失。同时，该等支撑杆50(以螺杆为例进行说明)由承座20之底部穿入该凹槽22内以对置入之导热体10提供支撑定位，并将该等螺杆与承座20之固定孔26螺锁结合，藉此可方便地调节导热体10在凹槽22内的高度，以使其接触板12稍凸伸出承座20的上表面并可与待测的移热装置呈良好的热传接触。为使导热体10稳固定位在凹槽22内而不倾斜或晃动，可在上述间隙内填满导热系数极低的软性绝热材料，如绝热棉60等，如图6所示。填充后，由于导热体10与承座20之间的间隙已被填实，此时即使待测移热装置的体积及重量较大，导热体10在凹槽22内的稳定性亦较好，而不易产生倾斜或晃动。然后，即可将电热棒30及热电偶40分别穿过承座20上的导引孔27、28而顺利插入导热源16及接触板12上的深孔162、122中。为便于导引及支撑热电偶40，其上可套设适当长度之硬质套管42，于热电偶40安装妥当后可以封胶将该套管42固定于承座20及将热电偶40固定于套管42；为准确将热电偶40透过套管42插入深孔122，可利用凹槽22与接触板12侧边之间的预留间隙，藉由可插入该间隙之工具导引热电偶40的正确方向。

在检测时，即可将待测移热装置之冷却面固定至接触板12的顶面，通过电热棒30输入热量至导热体10中，藉由该移热装置将输入的热量带走并达到热平衡，此时若通过热电偶40得到的温度值T_case低于预设的额定值，比如设定为80℃，则继续逐步增加电热棒30的热量输入，直至在后来达到热平衡的某一时间点，所测得的接触板12表面温度值T_case接近80℃但尚未突破该值时，此时由电热棒30输入的热量值即视为被测移热装置在满足T_case小于80℃前提下的最大散热能力，据该值可判定该被测移热装置的散热性能是否满足电子元件的散热要求。本实施例之模拟装置1中，导热体10之底部及其周边均未直接与容置该导热体10之承座20接触，而是“悬浮”在凹槽22中，且支撑杆50为细长形结构，均可达减少热量损失之效果，有效防止热散失及准确量测移热装置之散热能力，使被测移热装置之移热量可以直接由电热棒30之输入准确量得。

为使该热电偶40能紧密接触到欲量测的位置并准确量测其温度，宜采用被覆式(sheathed)热电偶，使其对于该量测点温度之准确度不致受到移热装置冷却面的直接冷却而失真，亦可避免因使用非被覆式(un-sheathed)热电偶时与其周围导热体10的直接接触所产生对该量测温度之错误解读，并可在有漏电顾虑的环境下准确量得温度值。另外，为进一步减少导热体10的热量经由支撑杆50传递而造成的热量损失，可采用如图7所示的支撑杆50a，其与导热源16接触的端部设计成呈锥状，亦可采用如图8所示的支撑杆50b，其为一中空薄管，且为便于导热体10与支撑杆50、50a、50b之间的装配，该导热源16的底部亦可设置成具有导引该支撑杆50、50a、50b正确定位功效的内锥面。另外，上述支撑杆50、50a、50b与导热源16的接触方式还可为点或者线接触的方式，以减少热传面积，如图7及图8所示。

Claims (9)

1.一种热源模拟装置，包括一承座以及一模拟热源发热的导热体，该承座内设有一凹槽，其特征在于：该热源模拟装置还包括至少一支撑杆，该导热体由该至少一支撑杆提供支撑并容置在该凹槽中，该导热体与该凹槽的内表面之间留有间隙。

2.如权利要求1所述之热源模拟装置，其特征在于：该导热体包括一接触板、一发热核心以及一导热源，该发热核心位于接触板与导热源之间，该支撑杆支撑在导热源上。

3.如权利要求2所述之热源模拟装置，其特征在于：该接触板用于与一待测移热装置呈热传接触，且该接触板具有比发热核心更大之横截面积。

4.如权利要求2所述之热源模拟装置，其特征在于：该导热源上形成有与支撑杆相对的内锥面，该支撑杆以呈点或线接触的方式支撑在导热源上。

5.如权利要求1所述之热源模拟装置，其特征在于：该间隙内填充有软性绝热材料。

6.如权利要求5所述之热源模拟装置，其特征在于：该软性绝热材料为绝热棉。

7.如权利要求1所述之热源模拟装置，其特征在于：该支撑杆为螺杆或者弹簧。

8.如权利要求1所述之热源模拟装置，其特征在于：该支撑杆为中空结构。

9.如权利要求1至8中任一项所述之热源模拟装置，其特征在于：该热源模拟装置所模拟的热源为电子元件。

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