| 姓名 |
林鴻吉(Hung-Chi Lin)
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畢業系所 |
機械工程學系在職專班 |
| 論文名稱 |
通訊設備之熱傳分析與改良研究
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| 相關論文 | |
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| 摘要(中) |
近年來，電子通訊設備處理速度與傳輸速度大幅提升，隨之而來的高溫已經成為設計人員必須面對的課題。本文研究之通訊設備是在自然對流情況下，僅靠流體本身之溫度差進行熱傳遞，過去憑著經驗與試誤方式進行設計，往往浪費大量時間與成本，因此需要有系統性的理論與實驗進行比對，並在有限時間內找出散熱模組之效能最佳化策略。
本文研究通訊設備系統內之有限空間散熱效能，利用熱流分析軟體FloTHERM 12並配合田口方法進行模擬規劃，品質特性為溫度低(望小)並選用直交表L9(34) 四因子三水準準位進行模擬，依照過往產品經驗選定以下四因子：散熱器表面塗層之熱輻射率(A)、導熱矽膠片之導熱係數(B)、散熱鰭片數量(C)、散熱鰭片高度(D)。依照田口法實驗設計進行模擬並得出9組數據，透過Minitab 20統計軟體以品質特性望小為目標進行統計，得出本實驗散熱最佳因子水準組合為：A3B3C2D3，也就是散熱器表面塗層為石墨稀奈米碳、導熱矽膠片之導熱係數為5 W/(m·K)、鰭片數量為10 pcs、鰭片高度為45 mm。研究結果發現關鍵因子為導熱矽膠片，其S/N比為0.34，各水準溫度差異達到3.63°C，然而在主要電子零件其S/N比提升至0.56，各水準溫度差異達到5.85°C；在進行熱模擬分析與實驗量測數據比較，結果誤差為3.01%，因此熱模擬分析有相當程度的可信度，在產品研究與開發過程中若搭配田口方法與Minitab統計分析，將可快速且有效的取得最佳設計方案。 |
| 摘要(英) |
The heat bring by the process and broadband speed of electronically device raised substantially recent years, is becoming the task every designer’s nightmare. Designed upon the past experience, improved along lots of trial and error to achieve the final target normally come with extensive time and cost; The scope of this research is to analyze and discover the best strategy for maximize the performance of the thermal solution within the limit of time with systematic trial and theory.
The simulation is setup and planed base on Taguchi Methods and using the heat flow analyze tool, FloTHERM12; The quality characteristics is low temperature (smaller-the-better) and the orthogonal array table L9(34), target the factors: heat radiation (A), thermal conductivity of thermal pad(B), quantities of the Fins(C) and height of the Fins(D). The optimal parameters of the thermal solution is: A3B3C2D3, heat sink coating with graphene, thermal pad with 5 W/(m·K) conductivity, contain 10 fins with height 45mm. The research results found that the critical factor is the thermal conductive silicone sheet, its S/N ratio is 0.34, and the temperature difference between each level reaches 3.63°C. However, in the main electronic parts, the S/N ratio is increase to 0.56, and the temperature difference between each level reaches 5.85°C. The relative error between simulation result and experiment is 3.01%; this proved the thermal simulation is creditable.
The combination of the Taguchi Method and Minitab statistics analyze applied during the product development, provide the design of thermal solution better accurate and consuming less time. |
| 關鍵字(中) |
★ 自然對流
★ 熱分析
★ 田口法
★ FloTHERM
★ 熱輻射
★ Minitab |
關鍵字(英) |
★ Natural convection
★ Thermal Analysis
★ Taguchi Method
★ FloTHERM
★ Heat radiation
★ Minitab |
| 論文目次 |
中文摘要 i
Abstract ii
誌謝 iii
目錄 iv
圖目錄 vi
表目錄 ⅸ
符號說明 ⅹ
第一章 緒論 1
1-1 研究動機 1
1-2 研究目的 1
1-3 文獻回顧 2
1-4 研究方法 3
第二章 通訊設備的散熱原理 5
2-1 熱傳概念 5
2-2 通訊設備主要散熱途徑 8
2-3 散熱設計之程序 14
第三章 電子散熱模擬分析 18
3-1 熱模擬軟體介紹 18
3-2 田口方法理論分析 22
3-3 Minitab 20軟體介紹 30
第四章 實驗設備與方法 31
4-1 實驗規劃 31
4-2 實驗設備 32
4-3 實驗步驟 35
第五章 結論與討論 40
5-1 模擬結果 40
5-2 實驗結果 44
5-3 模擬數據與實驗數據比對 45
5-4 實驗組之模擬數據與最佳製程參數組合比較 53
第六章 結論與未來展望 58
6-1 結論 58
6-2 未來展望 59
參考文獻 60 |
| 參考文獻 |
[1] 王盟仁，”電子構裝散熱數值模擬”，國立清華大學動力機械工程學系，碩士學位論文，中華民國八十八年。
[2] 蔡易軒，”智慧型手機散熱分析與改良研究”，國立臺灣海洋大學機械與機電工程學系研究所，碩士論文，中華民國一百零二年六月。
[3] 林裕傑，”熱輻射增益對自然對流熱沉影響研究”，國立交通大學機械工程學系，碩士學位論文，中華民國一零三年七月。
[4] 葉禮淦，”有限空間下中央處理器之散熱鰭片設計最佳化”，國立台北科技大學能源與冷凍空調工程研究所，碩士學位論文，中華民國一百六年六月。
[5] 余建宏，”電子行動通訊裝置之熱分析與散熱改善方案”，國立台灣科技大學機械工程學系研究所，碩士學位論文，中華民國一百零五年五月十三日
[6] 賴奕亨，”在自然對流下分析矩形鰭片”，國立成功大學工程科學研究所，碩士論文，中華民國一百零六年七月。
[7] Theodore L. Bergman, Adrienne S. Lavine, Frank P. Incropera, David P. DeWitt - Fundamentals of Heat and Mass Transfer
[8] Y. H. Cho•H. W. Kim•J. M. Lee•M. S. Kim，"A new approach to the design of a low Si-added Al–Si casting alloy for optimising thermal conductivity and fluidity”Article in Journal of Materials Science，November 2015，PP.1-2.
[9] https://www.flotrend.com.tw/products/cfd-flotherm/
[10] 張世徵，”FLOTHERM在筆記型電腦之熱設計分析與應用”，國立清華大學工程與系統科學系，碩士論文，中華民國九十年六月。
[11] 李輝煌著，田口方法：品質設計的原理與實務 ; 高立圖書有限公司出版，2008年。
[12] 林孝旺，實驗設計與田口方法之實務應用；全華圖書股份有限公司出版，2018年。
[13] https://www.sfi-minitab.com.tw |
| 指導教授 |
鍾志昂(Chih-Ang Chung)
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審核日期 |
2022-1-20 |
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