TWI401455B - 散熱模組之熱阻值的檢測方法 - Google Patents

Description

散熱模組之熱阻值的檢測方法

本發明係關於一種散熱模組的檢測方法，特別是一種有關於準確率高的散熱模組的檢測方法。

近年來隨著電腦科技的突飛猛進，使得電腦之運作速度不斷地提高，並且電腦主機內部之電子元件(electronic element)的發熱功率(heat generation rate)亦不斷地攀升。為了預防電腦主機內部之電子元件過熱，而導致電子元件發生暫時性或永久性的失效，所以習知技術係將一散熱模組置入電腦主機的內部，以將電子元件所產生的熱量排出電腦主機外。

在這些電子元件中，中央處理器(CPU)是電腦主機之電子元件中主要的發熱源。中央處理單元在高速運作之下，若中央處理單元的溫度超出其正常的工作溫度範圍時，中央處理單元極有可能會發生運算錯誤，或是暫時性地失效，如此將導致電腦主機當機。此外，當中央處理單元的溫度遠遠超過其正常的工作溫度範圍時，甚至極有可能損壞中央處理單元內部的電晶體，因而導致中央處理單元永久性失效。

因此，在製造這些電腦時，為了確保每一台被製造完成的電腦的散熱模組能夠正常的運作，以避免這些電腦因為裝配了已損壞的散熱模組而無法正常運作，甚至發生永久性的損壞，電腦的製造商往往需要對每一個散熱模組進行檢驗。是以，在製造電腦的領域中，存在著如何快速並且準確地量測每一個散熱模組的性能的需求。

鑒於以上的問題，依據本發明之實施例所揭露之散熱模組之效能的檢測方法，其能夠滿足習知技術之快速並且準確地量測每一個散熱模組的性能的需求。

根據本發明所揭露的散熱模組之效能的檢測方法，其包括下述的步驟。提供多個第一散熱模組。將這些第一散熱模組壓合於一不均勻熱源上，並且將不均勻熱源的發熱功率調整至一第一發熱功率。在這些第一散熱模組的溫度達到穩態後，量測並且記錄這些第一散熱模組的穩態熱阻值。將一均勻熱源加熱至一預定溫度，之後將這些第一散熱模組壓合於一均勻熱源上，並且將均勻熱源的發熱功率調整至一第二功率，其中第二功率大於第一功率。在一預定時間後，並且在第一散熱模組的溫度尚未達到穩態時，量測並且記錄這些第一散熱模組的一暫態熱阻值。以一直線方程式描述這些穩態熱阻值對應於這些暫態熱阻值的對應關係。設定一目標熱阻值，其中目標熱阻值代表這些第一散熱模組於不均勻熱源下的熱阻值。將目標熱阻值代入直線方程式以求得對應的一標準熱阻值，其中標準熱阻值代表這些第一散熱模組於均勻熱源下的熱阻值。提供多個結構與該些第一散熱模組的結構相同的第二散熱模組。將這些第二散熱模組配置於均勻熱源上，並且在預定時間後量測這些散熱模組在均勻熱源下的一測試熱阻值。標記測試熱阻值高於標準熱阻值的該第二散熱模組。

依據本發明的其他實施例，上述的每一第一散熱模組具有一風扇。風扇於第一散熱模組壓合於不均勻熱源上時的轉速相同於風扇於第一散熱模組壓合於均勻熱源上時的轉速。

依據本發明的其他實施例，上述第二功率與第一功率之間的差值為5瓦。

依據本發明的其他實施例，上述散熱模組之效能的檢測方法更包括確認這些穩態熱阻值的變化趨勢是否類似於這些暫態熱阻值的變化趨勢。若是，則計算這些穩態熱阻值與這些暫態熱阻值的回歸分析的決定係數，若否，則修改這些散熱模組。

基於上述，由於本發明先以一直線方程式來描述第一散熱模組於不均勻熱源下的熱阻值對應於第一散熱模組於均勻熱源下的熱阻值的對應關係，是以在測試第二散熱模組之前，本發明能夠經由此直線方程式來計算將第一散熱模組配置於一非均勻熱源上的目標熱阻值對應至將第一散熱模組配置於一均勻熱源上之標準熱阻值。之後，本發明便能夠將這些第二散熱模組配置於均勻熱源上，並且以標準熱阻值作為標準來預測第二散熱模組配置於非均勻熱源上的效能，進而評估第二散熱模組的品質。

一般而言，運算裝置中的晶片，諸如中央處理器(CPU)或者繪圖晶片(CPU)，在運作時，其表面溫度的分佈是不均勻的。因此，晶片製造商為了確保晶片在運作時，晶片所產生的熱量能夠被順利地排除至晶片外，晶片製造商會依照晶片的發熱模式製作數個的模擬晶片，其中每一模擬晶片的發熱模式與晶片的發熱方式相同，但是每一模擬晶片均不具有晶片的運算能力。之後，晶片製造商將這些模擬晶片遞交給運算裝置製造商，諸如組裝筆記型電腦的代工廠。

如此一來，運算裝置製造商便能夠利用模擬晶片來設計運算裝置中的散熱模組，以確保晶片所產生的熱量能夠被順利地移除製晶片外，進而確保具有此晶片的運算裝置能夠正常地運作。

以筆記型電腦的代工產業為例，對於單一款機種而言，筆記型電腦製造商的所製造的筆記型電腦的數量動輒數百萬台。因此，一般而言，晶片製造商提供給運算裝置製造商的模擬晶片的數量相對於被量產的運算裝置的數量而言是十分稀少的。是以如果以模擬晶片來逐一地量測每一個運算裝置的散熱模組的效能，以確定每一個散熱模組均能夠達到設計上的要求時，這樣的檢測方式將會耗費相當長的時間。換句話說，由於模擬晶片的數量十分稀少，因此這種利用模擬晶片來逐一地對散熱模組進行檢測的方式會造成檢測散熱模組的效率的低落以及造成出貨的時程的延宕。

為了避免上述的問題，本發明係利用一均勻發熱的加熱塊來進行散熱模組的檢測。由於均勻發熱的加熱塊在製作上較模擬晶片的製作更為簡單，更適合大量製造，因此本發明能夠輕易地製造出多個加熱塊，其中加熱塊的數量遠大於模擬晶片的數量。如此一來，在數量上，相較於模擬晶片而言，本發明便能夠在同一時間內利用加熱塊對較多的散熱模組進行檢測，以提升散熱模組的檢測效率。以下將對本發明進行詳細地描述。

請參照第1圖，其繪示為依據本發明之一實施例之一運算裝置的製造流程圖。如步驟S100所示，首先本實施例係先設定散熱模組的總散熱能力需求(total cooling capability demand)以及定義出散熱模組的測試規格，其中散熱模組的測試規格包括了散熱模組壓合於晶片之壓合力(contact force)、加熱塊的尺寸、散熱模組之風扇的規格以及風扇的轉速。之後，如步驟S200所示，運算裝置製造商將步驟S100所制定的散熱模組的測試規格以及總散熱能力需求傳遞給散熱模組製造商。在收到運算裝置製造商的能力需求請求後，散熱模組製造商係依據散熱模組的總散熱能力需求製造多個第一散熱模組，其中第一散熱模組具有一風扇，此風扇用以將第一散熱模組的熱量排除至第一散熱模組外。之後，散熱模組製造商對這些第一散熱模組進行取樣(sampling)並且對被取樣的第一散熱模組進測試，其中較佳的是作為樣本的第一散熱模組的數量大於30個。需注意的是，上述的實施例並非用以限訂本發明的第一散熱模組必須具有風扇。在本發明的其他實施例中，步驟S100所定義出散熱模組的測試規格亦可以不包括散熱模組之風扇的規格以及風扇的轉速。此時，散熱模組製造商所製造的第一散熱模組便可以不具有風扇。

以下將對上述測試第一散熱模組的步驟進行詳細地描述。請參照第2圖，其繪示為第1圖之實施例之第一散熱模組的測試流程圖。首先如步驟S210所示，散熱模組製造商係將第一散熱模組配置於模擬晶片上，其中第一散熱模組係以步驟S100所定義的一壓合力壓合於模擬晶片上。換句話說，第一散熱模組係被配置於一非均勻熱源上。之後，啟動模擬晶片，以使模擬晶片產生一第一發熱功率W1，並且使第一散熱模組的風扇依照步驟S100所規定的風扇轉速運轉，其中第一發熱功率W1等於總散熱能力需求所規定的發熱功率。然後，量測並且記錄第一散熱模組的熱阻值。在本實施例中，量測熱阻值的時機是在受測試的第一散熱模組達到穩態(steady state)時進行量測。換句話說，本步驟是量測並且記錄第一散熱模組的穩態熱阻值。接著重複上述步驟，以量測其他作為樣本的第一散熱模組的穩態熱阻值。

接著如步驟S220所示，提供一加熱塊，其中加熱塊是一均勻熱源，並且加熱塊的尺寸是依照步驟S100所定義的測試規格的加熱塊尺寸所製作而成。在本實施例中，加熱塊包括一銅塊以及一加熱單元，在本實施例中此加熱單元例如是加熱棒或是陶瓷加熱片。加熱單元係被配置於銅塊內。由於銅塊具有良好的熱傳導係數，因此加熱棒所產生的熱量能夠被均勻地傳遞至銅塊地各個部份，以使銅塊之各部份的溫度趨近於一致。由於銅塊之各部份的溫度趨近於一致，是以這種將加熱棒插入銅塊的加熱塊的結構能夠被視為是一均勻熱源。接著，散熱模組製造商係將第一散熱模組配置於加熱塊上，其中第一散熱模組係以步驟S100所定義的散熱模組的測試規格而組裝於加熱塊上。較佳的是，在將第一散熱模組壓合於加熱塊之前，加熱塊係被維持在一第一預定溫度，其中此預定溫度高於加熱塊周圍的環境溫度。接著將加熱塊的熱輸出功率維持在一第二發熱功率，並且使第一散熱模組的風扇依照步驟S100所規定的風扇轉速運轉，其中第二發熱功率大於第一發熱功率。然後，在一第一預定時間後，量測並且紀錄第一散熱模組的熱阻值。在本實施例中，量測熱阻值的時機是在第一散熱模組的溫度尚未達到穩態的狀態時進行量測。換句話說，本步驟是量測並且紀錄第一散熱模組的暫態(transient state)熱阻值。接著重複上述步驟，以量測其他作為樣本的第一散熱模組的暫態熱阻值。

接著請參照步驟S230，比較這些第一散熱模組的穩態熱阻值的變化趨勢以及這些第一散熱模組的暫態熱阻值的變化趨勢。舉例而言，請參照第3A圖以及第3B圖，其繪示為第一散熱模組之熱阻值對應於散熱模組樣本編號的曲線示意圖。本實施例係經由第3A圖以及第3B圖來比較第一散熱模組的穩態熱阻值的變化趨勢以及第一散熱模組的暫態熱阻值的變化趨勢，其中第3A圖的曲線L1代表第一散熱模組被配置於模擬晶片上時，每個被取樣的散熱模組的穩態熱阻值所連成的曲線；第3B圖的曲線L2代表第一散熱模組被配置於加熱塊上時，每個被取樣的散熱模組的暫態熱阻值所連成的曲線。在第3A圖與第3B圖中，相同的散熱模組樣本編號係代表著相同的散熱模組。若同一個樣本編號的散熱模組處於穩態熱阻值的變化趨勢不同於其處於暫態熱阻值的變化趨勢時，則重新檢驗步驟S210至步驟S230中的實驗設備或是實驗條件。在檢驗過後，若發現實驗設備發生誤差或是發現部份的散熱模組的實驗環境不同於其餘的散熱模組的實驗環境時，本實施例便可以對實驗設備進行校正或是重新統一散熱模組的測試條件，例如，修改均勻熱源的面積、加熱時間、調整壓合力或者加熱功率。之後，再重新執行步驟S210~S230以使同一個樣本編號的散熱模組的穩態熱阻值的變化趨勢類似於其暫態熱阻值的變化趨勢

請參照第4圖，需注意的是，上述「同一個樣本編號的散熱模組的穩態熱阻值的變化趨勢類似於其暫態熱阻值的變化趨勢」中所謂「類似於」是指當以一直線方程式描述這些作為樣本的第一散熱模組於模擬晶片(即不均勻熱源)下的穩態熱阻值對應於這些作為樣本的第一散熱模組於加熱塊(即均勻熱源)下的暫態熱阻值的對應關係，其中此直線方程式的回歸分析的決定係數(R² ，Coefficient of Determination)須大於0.8。

請再次參照第1圖，若上述的直線方程式的回歸分析的決定係數大於0.8時，進行步驟S300。在步驟S300中，散熱模組製造商將上述的直線方程式以及步驟S210~步驟S230的測試條件傳遞給運算裝置製造商確認。之後，運算模組製造商設定一目標熱阻值，其中該目標熱阻值代表第一散熱模組於模擬晶片(即不均勻熱源)下的穩態熱阻值。然後，將目標熱阻值代入直線方程式以求得對應的一標準熱阻值，其中標準熱阻值代表第一散熱模組於加熱塊(即均勻熱源)下的暫態熱阻值。

接著請參照步驟S400，散熱模組製造商製造多個第二散熱模組，其中第二散熱模組的數量大於第一散熱模組的數量，並且第二散熱模組的結構相同於第一散熱模組的結構。接著，散熱模組製造商提供至少一個加熱塊。散熱模組製造商係將第二散熱模組配置於加熱塊上，其中第二散熱模組係以步驟S100所定義的散熱模組的測試規格而組裝於加熱塊上。較佳的是，在將第二散熱模組壓合於加熱塊之前，加熱塊係被維持在一第二預定溫度，其中此預定溫度高於加熱塊周圍的環境溫度。在本實施例中，本步驟S400所指的第二預定溫度相同於步驟S220所指的第一預定溫度。接著將加熱塊的熱輸出功率維持在一第二發熱功率，其中第二發熱功率大於第一發熱功率。然後，在第二預定時間後，並且在第二散熱模組的溫度尚未達到穩態的狀態時，量測並且紀錄第二散熱模組的測試熱阻值。在本實施例中，第二預定時間的長度相等於第一預定時間的長度。接著重複上述步驟，以量測剩餘之第二散熱模組的測試熱阻值。

接著如步驟S500所示，標記測試熱阻值高於標準熱阻值的第二散熱模組。在本實施例中，這些測試熱阻值高於標準熱阻值的第二散熱模組係被標記為不良品。

基於上述，由於本發明先以一直線方程式來描述第一散熱模組於不均勻熱源下的熱阻值對應於第一散熱模組於均勻熱源下的熱阻值的對應關係，是以本發明能夠經由此直線方程式來計算將第一散熱模組配置於一非均勻熱源上的目標熱阻值對應至將第一散熱模組配置於一均勻熱源上之標準熱阻值。之後，由於第二散熱模組的結構相同於第一散熱模組的結構，因此本發明便可以經由測試熱阻值與標準熱阻值之間的比較來預測：當第二散熱模組配置於非均勻熱源，第二散熱模組是否能夠符合測試的標準(亦即第二散熱模組的穩態熱阻值小於或等於目標熱阻值)。

由於裝載於運算裝置的晶片(諸如中央處理器或是繪圖晶片)的價格相當昂貴，並且由於晶片製造商所提供的模擬晶片的數量相當的稀少，是以如果以上述的晶片或是模擬晶片來對每一個散熱模組進行測試時，將會造成運算裝置製造商或是散熱模組製造商的測試成本居高不下。舉例而言，假設上述的第一散熱模組是試產階段的產品，而第二散熱模組是正式量產階段的產品。基於上述的狀況，由於正式量產階段所需生產的第二散熱模組的數量往往十分龐大，因此若以上述的晶片或是模擬晶片來對每一個第二散熱模組進行測試時，將會造成運算裝置製造商或是散熱模組製造商的測試成本居高不下。

相反地，由於均勻熱源(諸如上述的加熱塊)的價格便宜，並且本發明可以經由將第二散熱模組配置於均勻熱源進行測試所獲得的測試熱阻值來預測：當第二散熱模組配置於非均勻熱源，第二散熱模組是否能夠符合測試的標準，因此本發明能夠以成本低廉並且準確的方式對第二散熱模組進行逐一的測試。

此外，由於上述的實施例是在第二散熱模組的溫度尚未達到穩態的狀態下即進行第二散熱模組的熱阻值的量測，而不是等到第二散熱模組的溫度達到穩態時才量測其熱阻值，是以這樣的量測方法可以在這些第二散熱模組中快速地篩選出符合測試標準的第二散熱模組。

S100~S500．．．步驟

第1圖繪示為依據本發明之一實施例之一運算裝置的製造流程圖；

第2圖，其繪示為第1圖之實施例之第一散熱模組的測試流程圖；

第3圖繪示為第一散熱模組之熱阻值對應於輸入功率的曲線示意圖；以及

第4圖繪示為以一直線方程式描述第3圖之穩態熱阻值對應於暫態熱阻值的對應關係的示意圖。

S100~S500‧‧‧步驟

Claims (5)

1. 一種散熱模組之熱阻值的檢測方法，其包括：提供多個第一散熱模組；將該些第一散熱模組壓合於一不均勻熱源上，並且將該不均勻熱源的發熱功率調整至一第一發熱功率；在該些第一散熱模組的溫度達到穩態後，量測並且記錄該些第一散熱模組的穩態熱阻值；將一均勻熱源的溫度調整至一預定溫度，之後將該些第一散熱模組壓合於一均勻熱源上，並且將該均勻熱源的發熱功率調整至一第二功率，其中該第二功率大於該第一功率；在一預定時間後，並且在該第一散熱模組的溫度尚未達到穩態時，量測並且記錄該些第一散熱模組的一暫態熱阻值；以一直線方程式描述該些穩態熱阻值對應於該些暫態熱阻值的對應關係；設定一目標熱阻值，其中該目標熱阻值代表該些第一散熱模組於該不均勻熱源下的熱阻值；將該目標熱阻值代入該直線方程式以求得對應的一標準熱阻值，其中該標準熱阻值代表該些第一散熱模組於該均勻熱源下的熱阻值；提供多個第二散熱模組，其中該些第二散熱模組的結構與該些第一散熱模組的結構相同；將該些第二散熱模組配置於該均勻熱源上，並且在該預定 時間後量測該些散熱模組在該均勻熱源下的一測試熱阻值；以及標記該測試熱阻值高於該標準熱阻值的該些第二散熱模組。
2. 如請求項1所述之散熱模組之熱阻值的檢測方法，其中該第一散熱模組具有一風扇，該風扇於該第一散熱模組壓合於該不均勻熱源上時的轉速相同於該風扇於該些第一散熱模組壓合於該均勻熱源上時的轉速。
3. 如請求項1所述之散熱模組之熱阻值的檢測方法，其中該第二功率與該第一功率之間的差值為5瓦。
4. 如請求項1所述之散熱模組之熱阻值的檢測方法，更包括確認該些穩態熱阻值與該些暫態熱阻值的回歸分析的決定係數是否大於0.8，若是，則設定並將一目標熱阻值代入該直線方程式以求得對應的一標準熱阻值。
5. 如請求項1所述之散熱模組之熱阻值的檢測方法，其中將該些散熱模組壓合於該均勻熱源之步驟中，更包括先將該均勻熱源加熱至一預定溫度，之後再將該些散熱模組壓合於該均勻熱源。