CN101334370A - 模拟热测试芯片的热阻值的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种模拟热测试芯片的热阻值的方法，用于评估加热块的热阻值与热测试芯片的热阻值之间的相关性，并找出符合实际芯片发热时的加热块的尺寸。此外，以加热块进行散热性能测试后，还可借由验证加热块的热阻暂态反应值与热测试芯片的热阻稳态反应值的关系是否在一设定的变异量范围内，来增加测试结果的可信度。
Description
技术领域
本发明是有关于一种散热性能测试方法，且特别是有关于一种以加热块模拟热测试芯片并找出加热块的尺寸的散热性能测试方法。
背景技术
在目前电脑系统中，中央处理器的工作效能以及工作频率不断地增加，散热问题成为各家设计的重点，且开始考量到散热模组的散热效能与中央处理器的发热密度之间的协调性。
当工程师开始设计一电脑主机或伺服器主机内的散热模组时，首先，会依据电脑主机或伺服器主机内的空间规划(电路布局、主发热元件、硬盘机、接口卡的位置...等)及所需达成的散热效果等因素，设计出一组散热模组。散热模组可为自行研发的风扇搭配不同型态的热管、鳍片以及散热块组合而成。同时，芯片制造厂商也会根据芯片实际发热状况另外设计具有与真实芯片相同发热方式的热测试芯片，供电脑组装厂商先行评估散热模组的散热性能。
然而，热测试芯片的数量有限，无法提供所有进行散热性能测试的厂商使用，故一般以均匀发热的加热块来代替热测试芯片。加热块为均匀发热的铜块，但热测试芯片不是均匀发热体，因此在相同的发热功率下，加热块的热阻值与热测试芯片的热阻值是不同的。同时，热测试芯片的发热功率也会随着工作频率增加而增加，而环境温度的变化、接触压力的误差等因素也会直接影响测试结果的不稳定性，因而若以均匀发热的加热块来检测散热模组的散热效能时，由于所使用的加热块是单一尺寸，无法真实表现出热测试芯片的发热状态及热阻值，故难以确保散热模组量产后的散热品质。
发明内容
本发明为解决上述问题而提供一种模拟热测试芯片的热阻值的方法，其利用数值分析实验找出加热块的尺寸及其热阻值之间的对应关系，以设定所需的加热块的尺寸。
本发明提供一种模拟热测试芯片的热阻值的方法，其借由验证加热块的热阻值与热测试芯片的热阻值的关系是否在一设定的变异量范围内，来增加测试结果的可靠度。
本发明所提出的一种模拟热测试芯片的热阻值的方法，包括以下步骤：首先，提供一热测试芯片的热阻值RTTV；提供多个加热块的热阻值Rheater，并取得这些加热块的尺寸及其热阻值Rheater之间的对应关系。接着，设定一目标值Rtarget，以决定符合目标值Rtarget的一加热块的尺寸；设定一散热性能测试参数，对加热块进行加热，并测量加热块的热阻暂态反应值Rheater-T。之后，验证加热块的热阻暂态反应值Rheater-T与热测试芯片的热阻稳态反应值RTTV-S的关系是否在一设定的变异量范围内。
在本发明的模拟热测试晶片芯片的热阻值的方法中，取得这些加热块的尺寸及其热阻值Rheater之间的对应关系包括由回归分析理论找出这些加热块的尺寸及其热阻值Rheater之间的函数曲线。
在本发明的模拟热测试晶片芯片的热阻值的方法中，目标值Rtarget可设定在接近于该热测试芯片的热阻值RTTV。
在本发明的模拟热测试晶片芯片的热阻值的方法中，设定散热性能测试参数可包括：设定一加热器的预热温度；设定该加热块承受的接触压力；设定该加热块受热后到达平衡温度的时间；以及设定环境温度的容忍误差值...等等。
在本发明的模拟热测试晶片芯片的热阻值的方法中，所设定的变异量范围包括变异量百分比大于等于95％的范围内。
在本发明的模拟热测试晶片芯片的热阻值的方法中，模拟热测试芯片的热阻值的方法还包括：当加热块的热阻暂态反应值Rheater-T与热测试芯片的热阻稳态反应值RTTV-S的关系不在设定的变异量范围内时，重设一目标值，以决定符合该重设目标值的另一加热块的尺寸，其中重设目标值相对于先前设定的目标值Rtarget趋近于热测试芯片的热阻值RTTV。
在本发明的模拟热测试晶片芯片的热阻值的方法中，验证实验数据之后，还可包括计算选定的加热块的平均热阻值Rheater-mean及标准差。
本发明的模拟热测试芯片的热阻值的方法，可用于评估加热块的热阻值与热测试芯片的热阻值之间的相关性，并找出符合实际芯片发热时的加热块的尺寸。此外，以选定的加热块进行散热性能测试之后，更可借由验证加热块的热阻暂态反应值与热测试芯片的热阻稳态反应值的关系是否在一设定的变异量范围内，来增加测试结果的可信度。
附图说明
为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，其中：
图1是本发明一实施例的模拟热测试芯片的热阻值的方法的流程图。
图2是本发明利用回归分析理论找出加热块的尺寸与其热阻值之间的函数曲线。
图3是加热块的热阻暂态反应值Rheater-T与热测试芯片的热阻稳态反应值RTTV-S的关系图。
图4是本发明利用线性回归分析找出的线性函数关系图。
图5是本发明中加热块的热阻值的分布图。
具体实施方式
根据本发明的模拟热测试芯片的热阻值的方法，主要是应用在电脑主机或伺服器主机中，用于评估加热块的热阻值Rheater与热测试芯片的热阻值RTTV之间的相关性，以作为快速检验散热模组的散热性能的方法。应用此方法，不仅可确保所生产的散热模组均符合系统设计要求，提高量产品质，并可大幅降低样品测试时间。
由于加热块为均匀导热的材质，且加热块的尺寸及其热阻值之间的对应关系可经由回归分析理论找出相对应的函数曲线，来设定模拟热测试芯片的热阻值RTTV的加热块的尺寸，以达到散热性能测试的要求。因此，所有量产的散热模组组装至产品线上的主机之后，可经过温度记录器、热阻测量系统来检验散热模组是否符合设计时的散热效能，以确保出厂的散热模组均能通过全检性能测试。
请参考图1，其为本发明一实施例的模拟热测试芯片的热阻值的方法的流程图，说明如下：
首先，步骤S100包括根据热测试芯片的温度分布情形来决定加热块的尺寸的各个步骤S110～S130，其中步骤一S110是提供一热测试芯片的热阻值RTTV。热测试芯片可由芯片制造厂商根据芯片(例如中央处理器)实际发热状况设计而得，虽然热测试芯片不具有中央处理器全部的功能，但其发热状况与中央处理器相似，可供电脑组装厂商先行评估散热模组的散热效能。由于热测试芯片不是均匀发热体，温度分布不平均且发热面积多集中在核心区域中，因此不适合采用外型与热测试芯片相同但发热均匀的加热块作测试。
所谓“热阻值”是(发热源接面温度TJ-环境温度Ta)/输入功率P，其单位为℃/W，也就是每单位输入功率中温度的变化值。当热测试芯片的发热密度越高或是发热面积越小，所产生的热阻值RTTV也较高，表示需要更高效能的散热模组来散热。
为了模拟热测试芯片的发热状况与发热密度，图1的步骤二S120是由进行散热性能测试的厂商提供多个加热块的热阻值Rheater，并取得这些加热块的尺寸及其热阻值Rheater之间的对应关系。这些加热块可为均匀导热的铜块，其发热面积愈小所求得的热阻值Rheater越大，反之，其发热面积愈大所求得的热阻值Rheater越小。因此，加热块的尺寸及其热阻值Rheater之间的对应关系可经由回归分析理论找出相对应的函数曲线。
请参考图2，其绘示本发明利用回归分析理论找出加热块的尺寸与其热阻值之间的函数曲线。进行热测试的厂商先制作不同尺寸的加热块，而加热块的数量例如为10个或更多，以作为有效的取样数，再针对不同尺寸的加热块进行相同的热测试程序，以找出每一个加热块的热阻值Rheater。由图2的实验数据可知，当加热块的尺寸越小时，其热阻值Rheater越大，反之，当加热块的尺寸越大时，其热阻值Rheater越小。
因此，图1的步骤三S130可经由图2的函数曲线来设定一目标值RTarget，以决定符合该目标值RTarget的一加热块的尺寸。在本实施例中，目标值RTarget例如设定在接近于热测试芯片的热阻值RTTV，再由图2的函数曲线找出符合该目标值RTarget的一加热块的尺寸。
接着，以步骤三S130中所选定的加热块来进行步骤四S140的热测试模拟实验，包括：设定实际热测试芯片发热的一散热性能测试参数，对选定的加热块进行加热，并测量该加热块的热阻暂态反应值Rheater-T等步骤。在步骤四S140中，对选定的加热块进行加热之前，先设定散热性能测试参数如下，举例来说，设定加热器的预热温度(例如80℃)；设定加热块承受的接触压力(例如90psi)；设定加热块受热后到达平衡温度的时间(例如90秒)；设定环境温度的测量位置以及容忍误差值(例如±2℃)以及冷却风扇的转速、散热模组的规格、测试设备的性能...等等。这些散热性能测试参数可依照实际的测试条件来调整，并由电脑制造商提供接近实际芯片发热时的输入功率P(例如35W或更大)及其热阻稳态反应值RTTV-S，以供配合厂商进一步对加热块加热并测量选定的加热块的热阻暂态反应值Rheater-T。在本实施例中，这些散热性能测试参数能借由即时监控系统来检测实际测量值与设定值之间的误差，再利用反馈误差值来控制加热器的温度/功率、加热块承受的接触压力、风扇的转速等参数至设定值，以使实验所得到的数据更为精确。
如图3所示，其绘示加热块的热阻暂态反应值Rheater-T与热测试芯片的热阻稳态反应值RTTV-S的关系图。在图3的实验数据当中，例如以30组测量值与参考值作为取样数，并统计出这些测量值与参考值当中，加热块的热阻暂态反应值Rheater-T与热测试芯片的热阻稳态反应值RTTV-S的关系是否一致，若关系一致，表示实验数据具有高可信度，反之，若关系不一致，表示实验数据不具高可信度，必须重新测试。举例而言，当Rheater-T随取样数变化的曲线越相似于RTTV-S随取样数变化的曲线时，则表示实验数据越具有高可信度。
请参考图4及图1的步骤五S150，为了进一步验证实验数据，以了解加热块的热阻暂态反应值Rheater-T与热测试芯片的热阻稳态反应值RTTV-S的关系，本发明利用线性回归分析找出两变量之间的线性函数是否在一设定的变异量范围内。举例来说，当两变量之间的线性函数为Y＝1.0209X-0.2677时，若求出的变异量(或决定系数R2)为0.9617，超过设定的变异量百分比(例如95％)，则表示实验数据具有高可信度，符合散热性能测试模拟实验。反之，假若求出的变异量为0.9010，低于设定的变异量百分比(例如95％)，则表示实验数据不具高可信度，必须重新测试。
如图1的步骤五S150所示，当实验数据不具高可信度时，表示加热块的热阻值Rheater不符合热测试芯片的热阻值RTTV，必须重设一目标值，以决定符合该重设目标值的另一加热块的尺寸。例如，提高目标值，让重设后的目标值(例如R＝1.5)大于先前设定的目标值RTarget(例如R＝1.4)，以使重设后的目标值相对于先前设定的目标值Rtarget趋近于热测试芯片的热阻值RTTV(例如R＝1.6)。接着，再找出符合重设后的目标值的加热块的尺寸，重新进行步骤四S140的散热性能测试模拟实验以及步骤五S150的验证实验数据的可信度等步骤。如此，加热块的热阻暂态反应值Rheater-T经由上述的分析理论以及验证方法，可得到符合实际芯片发热时的热阻稳态反应值RTTV-S。
最后，通过验证的实验数据还可借由图1的步骤六S160的可靠度分析来获得散热模组的可靠域范围。如图5所示的分布图，可靠度指标与变量的算数平均值以及标准差有关，因此本发明借由计算加热块的平均热阻值Rheater-mean及标准差σ来确定散热模组是否符合厂商设计规范。当加热块的平均热阻值Rheater-mean低于加热块的设定值，且两者之间的差值大于标准差(例如大于1.5σ)时，散热模组的可靠域范围(以斜线表示)较大，反之，若加热块的平均热阻值Rheater-mean高于加热块的设定值时，散热模组的可靠域范围相对较小。也就是说，利用本发明的上述步骤来决定加热块的尺寸，可以确信这个分布曲线是可以相信的。而在现有的作法中，由于加热块都是单一尺寸，无法验证散热模组均能符合设计时的散热效能，因而可信度是令人怀疑的。
综上所述，本发明的模拟热测试芯片的热阻值的方法，可用于评估加热块的热阻值与热测试芯片的热阻值之间的相关性，并找出符合实际芯片发热时的加热块的尺寸。此外，以选定的加热块进行散热性能测试之后，还可借由验证加热块的热阻暂态反应值与热测试芯片的热阻稳态反应值的关系是否在一设定的变异量范围内，来增加测试结果的可信度。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。
Claims (9)
1.一种模拟热测试芯片的热阻值的方法，其特征在于，包括：
根据一热测试芯片的温度分布情形来决定一加热块的尺寸；
设定至少一散热性能测试参数，对选定的该加热块进行加热，并测量该加热块的热阻暂态反应值Rheater-T；以及
验证该加热块的热阻暂态反应值Rheater-T与该热测试芯片的热阻稳态反应值RTTV-S的关系是否在一设定的变异量范围内。
2.如权利要求1所述的模拟热测试芯片的热阻值的方法，其特征在于，根据该热测试芯片的温度分布情形来决定该加热块的尺寸包括下列步骤：
提供该热测试芯片的一热阻值RTTV；
提供多个加热块的热阻值Rheater，并取得该些加热块的尺寸及其热阻值Rheater之间的对应关系；以及
设定一目标值RTarget，以决定符合该目标值RTarget的一加热块的尺寸。
3.如权利要求2所述的模拟热测试芯片的热阻值的方法，其特征在于，取得该些加热块的尺寸及其热阻值Rheater之间的对应关系包括由回归分析理论找出该些加热块的尺寸及其热阻值Rheater之间的函数曲线。
4.如权利要求2所述的模拟热测试芯片的热阻值的方法，其特征在于，该目标值RTarget设定在接近于该热测试芯片的热阻值RTTV。
5.如权利要求2所述的模拟热测试芯片的热阻值的方法，其特征在于，还包括：
当该加热块的热阻暂态反应值Rheater-T与该热测试芯片的热阻稳态反应值RTTV-S的关系不在该设定的变异量范围内时，重设一目标值，以决定符合该重设目标值的另一加热块的尺寸，
其中该重设目标值相对于先前设定的该目标值RTarget趋近于该热测试芯片的热阻值RTTV。
6.如权利要求1所述的模拟热测试芯片的热阻值的方法，其特征在于，设定该些散热性能测试参数包括：
设定一加热器的预热温度；
设定该加热块承受的接触压力；
设定该加热块受热后到达平衡温度的时间；以及
设定环境温度的容忍误差值。
7.如权利要求6所述的模拟热测试芯片的热阻值的方法，其特征在于，设定该些散热性能测试参数之后，还包括即时检测实际测量值与一预定值之间的误差，再利用反馈误差值来控制该些散热性能测试参数至该预定值。
8.如权利要求1所述的模拟热测试芯片的热阻值的方法，其特征在于，所设定的该变异量范围包括变异量百分比大于等于95％的范围内。
9.如权利要求1所述的模拟热测试芯片的热阻值的方法，其特征在于，还包括计算选定的该加热块的平均热阻值Rheater-mean及标准差。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20100922 Termination date: 20190629 |