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研究生: 余建宏
Chien-hung Yu
論文名稱: 電子行動通訊裝置之熱分析與散熱改善方案
Thermal Analysis and Heat Dissipation Enhancement of A Mobile Electronic Communication Device
指導教授: 鄭正元
Jeng-ywan Jeng
口試委員: 鄭逸琳
Yih-lin Cheng
張復瑜
Fuh-yu Chang
蔡明忠
Ming-jong Tsai
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工程學院 - 機械工程系
Department of Mechanical Engineering
論文出版年: 2011
畢業學年度: 99
語文別: 中文
論文頁數: 90
中文關鍵詞: 電子行動通訊裝置全因子實驗FLOTHERMMinitab實驗設計法熱分析
外文關鍵詞: Mobile Electronic Communication Devices, Full Factorials Experiments, FLOTHERM, Minitab, Design Of Experimental, Thermal Analysis
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  • 近年來,電子行動通訊裝置處理速度大為提升,隨之而來的高溫和熱當機等相關問題已成為設計人員不得不面對的嚴肅課題。本研究以目前市售的D牌3.75G隨身寬頻路由器為實驗樣本,輔以各種常見的散熱方式進行實驗量測,首先以業界最廣泛使用的熱流分析軟體FLOTHERM模擬3.75G隨身寬頻路由器內、外部之溫度並與實測之溫度結果相互比對,最後再採用統計分析軟體Minitab進行實驗結果之分析。由FLOTHERM模擬結果得知,使用簡化後3D模型進行模擬,其結果雖與實際測試的溫度數據有差距、但其分布狀態一致,用以專案評估初期仍可快速的取得溫度分布上的狀態,可供設計人員於專案開立時評估產品熱源狀態的重要參考。

    本研究導入「外殼材料差異、散熱孔位置選擇、熱點導熱方案、對流之風扇型式」四項因子,採用Minitab進行四因子兩水準的全因子實驗分析。分析結果顯示其整體最佳組合方案為:PC+ABS/側面開孔/散熱片/微型風扇。若進一步利用分析結果,將影響散熱方案加強,跟前述最佳組合方案相比,降溫平均效果又增強了221%。本研究成功地利用實驗配合Minitab及FLOTHERM等分析軟體,找出本實驗模型降溫最有效的改善方案,並設計出一個產品的熱分析模式範例。若產品研發人員能遵循此分析流程開發,將可事先於產品規劃時即進行評估,並可依此開發模式將各種改善因子導入進行實驗,再依實際需求進行調整;本文實驗的結果,可做為專案開發、設計流程的熱分析模式參考。


    The processing speed of mobile electronic communication devices has been elevated for these years; however, the problems of high temperature and crashes have been tough issues that the product designers have to face. This study set 3.75G portable broadband routers of brand D as its research objects and took the measurements with some normal ventilation methods. Firstly, the most popular heat-flux analysis software, FLOTHERM, was adopted to simulate the temperatures inside and outside a 3.75G portable broadband router, subsequently being compared with the real temperatures. Last, we used the statistics analysis software, Minitab, to analyze the research results. Based on the results of simulation, although the temperatures of simplified 3D simulative modules were different from those of the real measurements, the dispersal states of both were consistent. This finding could not only be used to get the temperature distributions faster in the primary period of project evaluation, but also be the vital inference for the designers when they estimate the heat sources of products at the beginning of projects.

    This study introduced four factors-the differences of outer shell material, the locations of ventilation holes, the schemes of hotspot conduction, and the types of convection fans- and adopted Minitab to proceed with the Full factorials experiments analysis with four factors and two levels. The results showed that the best combination was PC+ABS/holes on sides/thermal pad/mini-fans. Under this circumstance, we further improved the scheme of hotspot conduction. Compared with the best combination mentioned above, the cool-down effect increased 221%.

    This study successfully proceeded experiments with some analysis software, like Minitab and FLOTHERM, to identify the best cool-down improvement scheme and designed out the heat analysis model of a product. If R&D engineers follow this analysis process, they could take measurements in advance when planning products. Besides, they could introduce every improvement factor to their experiment by following this developing process, and adjust with the practical needs. In other words, the consequence of this study could be the inference of heat analysis mode for project development and process arrangement.

    誌 謝................................i 摘 要...............................ii Abstract...........................iii 目 錄................................v 表 目 錄..........................viii 圖 目 錄............................ix 符 號 表...........................xii 第一章 緒論..........................1 1.1 前言.............................1 1.2 研究目的.........................3 1.3 本文架構.........................6 第二章 原理分析與理論................7 2.1 熱傳歷史概述.....................7 2.2 三種型態的熱傳遞.................8 2.2.1熱傳導..........................9 2.2.2熱對流.........................10 2.2.3熱輻射.........................11 2.3 PCB 熱傳路徑....................12 2.4 3.75G隨身寬頻路由器主要熱傳路徑.13 2.5 文獻回顧........................14 第三章 實驗方法與設備...............18 3.1實驗方法.........................18 3.2實驗模型.........................18 3.2.1熱點確認.......................22 3.3實驗設備.........................25 3.4實驗參數設計.....................29 3.5實驗操作步驟.....................37 3.6溫度狀態模擬步驟.................38 3.7 FLOTHERM 軟體介紹...............40 3.7.1 模擬數值設定..................40 3.8 Minitab 軟體介紹................41 3.8.1分析數值設定...................42 第四章 結果與討論...................44 4.1散熱設計追求目標.................44 4.2實測結果分析.....................45 4.3 CAE模擬比對實測實驗結果分析.....51 4.4統計軟體結果分析.................55 4.5最佳化結果導入分析...............75 4.6實驗流程問題探討.................78 4.7因子參數設定差異探討.............79 第五章 結論與未來展望...............82 5.1結論.............................82 5.2未來展望.........................84 參考文獻............................86 自述................................90

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