專利名稱:模擬熱測試芯片的熱阻值的方法
技術領域:
本發明是有關于一種散熱性能測試方法,且特別是有關于一種以加熱塊模 擬熱測試芯片并找出加熱塊的尺寸的散熱性能測試方法。
背景技術:
在目前電腦系統中,中央處理器的工作效能以及工作頻率不斷地增加,散 熱問題成為各家設計的重點,且開始考量到散熱模組的散熱效能與中央處理器 的發熱密度之間的協調性。當工程師開始設計一電腦主機或伺服器主機內的散熱模組時,首先,會依 據電腦主機或伺服器主機內的空間規劃(電路布局、主發熱元件、硬盤機、接 口卡的位置...等)及所需達成的散熱效果等因素,設計出一組散熱模組。散熱 模組可為自行研發的風扇搭配不同型態的熱管、鰭片以及散熱塊組合而成。同 時,芯片制造廠商也會根據芯片實際發熱狀況另外設計具有與真實芯片相同發 熱方式的熱測試芯片,供電腦組裝廠商先行評估散熱模組的散熱性能。然而,熱測試芯片的數量有限,無法提供所有進行散熱性能測試的廠商使 用,故一般以均勻發熱的加熱塊來代替熱測試芯片。加熱塊為均勻發熱的銅塊, 但熱測試芯片不是均勻發熱體,因此在相同的發熱功率下,加熱塊的熱阻值與 熱測試芯片的熱阻值是不同的。同時,熱測試芯片的發熱功率也會隨著工作頻 率增加而增加,而環境溫度的變化、接觸壓力的誤差等因素也會直接影響測試 結果的不穩定性,因而若以均勻發熱的加熱塊來檢測散熱模組的散熱效能時, 由于所使用的加熱塊是單一尺寸,無法真實表現出熱測試芯片的發熱狀態及熱 阻值,故難以確保散熱模組量產后的散熱品質。
發明內容
-本發明為解決上述問題而提供一種模擬熱測試芯片的熱阻值的方法,其利用數值分析實驗找出加熱塊的尺寸及其熱阻值之間的對應關系,以設定所需的 加熱塊的尺寸。本發明提供一種模擬熱測試芯片的熱阻值的方法,其借由驗證加熱塊的熱 阻值與熱測試芯片的熱阻值的關系是否在一設定的變異量范圍內,來增加測試 結果的可靠度。本發明所提出的一種模擬熱測試芯片的熱阻值的方法,包括以下步驟首 先,提供一熱測試芯片的熱阻值RTTV;提供多個加熱塊的熱阻值Rheato,并取 得這些加熱塊的尺寸及其熱阻值Rhea^之間的對應關系。接著,設定一目標值 Rtarget,以決定符合目標值R^get的一加熱塊的尺寸;設定一散熱性能測試參數, 對加熱塊進行加熱,并測量加熱塊的熱阻暫態反應值Rhe^M"。之后,驗證加熱 塊的熱阻暫態反應值Rheate卜T與熱測試芯片的熱阻穩態反應值RTTV.S的關系是否 在一設定的變異量范圍內。在本發明的模擬熱測試晶片芯片的熱阻值的方法中,取得這些加熱塊的尺 寸及其熱阻值Rhe^,之間的對應關系包括由回歸分析理論找出這些加熱塊的尺 寸及其熱阻值Rheatw之間的函數曲線。在本發明的模擬熱測試晶片芯片的熱阻值的方法中,目標值RtMget可設定 在接近于該熱測試芯片的熱阻值Rttv。在本發明的模擬熱測試晶片芯片的熱阻值的方法中,設定散熱性能測試參數可包括設定一加熱器的預熱溫度;設定該加熱塊承受的接觸壓力;設定該 加熱塊受熱后到達平衡溫度的時間;以及設定環境溫度的容忍誤差值…等等。在本發明的模擬熱測試晶片芯片的熱阻值的方法中,所設定的變異量范圍 包括變異量百分比大于等于95%的范圍內。在本發明的模擬熱測試晶片芯片的熱阻值的方法中,模擬熱測試芯片的熱 阻值的方法還包括當加熱塊的熱阻暫態反應值R^t^r與熱測試芯片的熱阻穩 態反應值RTTV.S的關系不在設定的變異量范圍內時,重設一目標值,以決定符 合該重設目標值的另一加熱塊的尺寸,其中重設目標值相對于先前設定的目標值RtMget趨近于熱測試芯片的熱阻值RTTV。在本發明的模擬熱測試晶片芯片的熱阻值的方法中,驗證實驗數據之后,還可包括計算選定的加熱塊的平均熱阻值Rheate^^及標準差。本發明的模擬熱測試芯片的熱阻值的方法,可用于評估加熱塊的熱阻值與 熱測試芯片的熱阻值之間的相關性,并找出符合實際芯片發熱時的加 熱塊的尺寸。此外,以選定的加熱塊進行散熱性能測試之后,更可借由驗證 加熱塊的熱阻暫態反應值與熱測試芯片的熱阻穩態反應值的關系是否在一設 定的變異量范圍內,來增加測試結果的可信度。
為讓本發明的上述目的、特征和優點能更明顯易懂,以下結合附圖對本發明的具體實施方式
作詳細說明,其中圖1是本發明一實施例的模擬熱測試芯片的熱阻值的方法的流程圖。 圖2是本發明利用回歸分析理論找出加熱塊的尺寸與其熱阻值之間的函數曲線。圖3是加熱塊的熱阻暫態反應值Rhew卜T與熱測試芯片的熱阻穩態反應值Rrrv.s的關系圖。圖4是本發明利用線性回歸分析找出的線性函數關系圖。圖5是本發明中加熱塊的熱阻值的分布圖。
具體實施方式
根據本發明的模擬熱測試芯片的熱阻值的方法,主要是應用在電腦主機或伺服器主機中,用于評估加熱塊的熱阻值Rheater與熱測試芯片的熱阻值RTTV 之間的相關性,以作為快速檢驗散熱模組的散熱性能的方法。應用此方 法,不僅可確保所生產的散熱模組均符合系統設計要求,提高量產品質, 并可大幅降低樣品測試時間。由于加熱塊為均勻導熱的材質,且加熱塊的尺寸及其熱阻值之間的對 應關系可經由回歸分析理論找出相對應的函數曲線,來設定模擬熱測試芯片的 熱阻值RTTV的加熱塊的尺寸,以達到散熱性能測試的要求。因此,所有量產的 散熱模組組裝至產品線上的主機之后,可經過溫度記錄器、熱阻測量系統來檢 驗散熱模組是否符合設計時的散熱效能,以確保出廠的散熱模組均能通過全檢 性能測試。請參考圖1,其為本發明一實施例的模擬熱測試芯片的熱阻值的方法的流 程圖,說明如下首先,步驟S100包括根據熱測試芯片的溫度分布情形來決定加熱塊的尺寸的各個步驟S110 S130,其中步驟一 S110是提供一熱測試芯片的熱阻值 RTTV。熱測試芯片可由芯片制造廠商根據芯片(例如中央處理器)實際發熱狀況設計而得,雖然熱測試芯片不具有中央處理器全部的功能,但其發熱狀況與 中央處理器相似,可供電腦組裝廠商先行評估散熱模組的散熱效能。由于熱測 試芯片不是均勻發熱體,溫度分布不平均且發熱面積多集中在核心區域中,因 此不適合采用外型與熱測試芯片相同但發熱均勻的加熱塊作測試。所謂"熱阻值"是(發熱源接面溫度TJ一環境溫度Ta) /輸入功率P,其 單位為"C/W,也就是每單位輸入功率中溫度的變化值。當熱測試芯片的發熱密度越高或是發熱面積越小,所產生的熱阻值RTTV也較高,表示需要更高效能的散熱模組來散熱。為了模擬熱測試芯片的發熱狀況與發熱密度,圖1的步驟二 S120是由進 行散熱性能測試的廠商提供多個加熱塊的熱阻值Rheat ,并取得這些加熱塊的 尺寸及其熱阻值Rheat 之間的對應關系。這些加熱塊可為均勻導熱的銅塊,其發熱面積愈小所求得的熱阻值Rhea^越大,反之,其發熱面積愈大所 求得的熱阻值Rhe^越小。因此,加熱塊的尺寸及其熱阻值Rheater之間的對 應關系可經由回歸分析理論找出相對應的函數曲線。請參考圖2,其繪示本發明利用回歸分析理論找出加熱塊的尺寸與其熱阻 值之間的函數曲線。進行熱測試的廠商先制作不同尺寸的加熱塊,而加熱塊的 數量例如為10個或更多,以作為有效的取樣數,再針對不同尺寸的加熱塊進行相同的熱測試程序,以找出每一個加熱塊的熱阻值Rheater。由圖2的實驗數據可知,當加熱塊的尺寸越小時,其熱阻值Rheater越大,反之,當加熱塊的 尺寸越大時,其熱阻值Rhea^越小。因此,圖1的步驟三S130可經由圖2的函數曲線來設定一目標值RTMget,以決定符合該目標值R^get的一加熱塊的尺寸。在本實施例中,目標值RT^get 例如設定在接近于熱測試芯片的熱阻值RTTV,再由圖2的函數曲線找出符合該目標值RTawt的 一 加熱塊的尺寸。接著,以步驟三S130中所選定的加熱塊來進行步驟四S140的熱測試模擬實驗,包括設定實際熱測試芯片發熱的一散熱性能測試參數,對選定的加熱 塊進行加熱,并測量該加熱塊的熱阻暫態反應值Rh^e卜T等步驟。在步驟四S140 中,對選定的加熱塊進行加熱之前,先設定散熱性能測試參數如下,舉例來說, 設定加熱器的預熱溫度(例如80。C);設定加熱塊承受的接觸壓力(例如90psi); 設定加熱塊受熱后到達平衡溫度的時間(例如90秒);設定環境溫度的測量位置以及容忍誤差值(例如士2t:)以及冷卻風扇的轉速、散熱模組的規格、測試設備的性能...等等。這些散熱性能測試參數可依照實際的測試條件來調整,并由電腦制造商提供接近實際芯片發熱時的輸入功率P(例如35W或更大) 及其熱阻穩態反應值RTTV.S,以供配合廠商進一步對加熱塊加熱并測量選定的加熱塊的熱阻暫態反應值Rhe自.T。在本實施例中,這些散熱性能測試參數能借由即時監控系統來檢測實際測量值與設定值之間的誤差,再利用反饋誤差值來 控制加熱器的溫度/功率、加熱塊承受的接觸壓力、風扇的轉速等參數至設定值, 以使實驗所得到的數據更為精確。如圖3所示,其繪示加熱塊的熱阻暫態反應值Rheater-T與熱測試芯片的熱阻穩態反應值RTTv.s的關系圖。在圖3的實驗數據當中,例如以30組測量值與參考值作為取樣數,并統計出這些測量值與參考值當中,加熱塊的熱阻暫態反應值Rheate卜T與熱測試芯片的熱阻穩態反應值RTTV-S的關系是否一致,若關系一致, 表示實驗數據具有高可信度,反之,若關系不一致,表示實驗數據不具高可信 度,必須重新測試。舉例而言,當Rheater-T隨取樣數變化的曲線越相似于RTTV-S 隨取樣數變化的曲線時,則表示實驗數據越具有高可信度。請參考圖4及圖1的步驟五S150,為了進一步驗證實驗數據,以了解加熱 塊的熱阻暫態反應值Rheat^T與熱測試芯片的熱阻穩態反應值RTTV-S的關系,本 發明利用線性回歸分析找出兩變量之間的線性函數是否在一設定的變異量范圍內。舉例來說,當兩變量之間的線性函數為Y-1.0209X-0.2677時,若求出的 變異量(或決定系數R2)為0.9617,超過設定的變異量百分比(例如95%), 則表示實驗數據具有高可信度,符合散熱性能測試模擬實驗。反之,假若求出 的變異量為0.9010,低于設定的變異量百分比(例如95%),則表示實驗數據 不具高可信度,必須重新測試。如圖1的步驟五S150所示,當實驗數據不具高可信度時,表示加熱塊的 熱阻值Rheater不符合熱測試芯片的熱阻值RTTV,必須重設一目標值,以決定符 合該重設目標值的另一加熱塊的尺寸。例如,提高目標值,讓重設后的目標值(例如R=1.5)大于先前設定的目標值RTarget (例如R=1.4),以使重設后的目標值相對于先前設定的目標值R^get趨近于熱測試芯片的熱阻值RTTV (例如R=1.6)。接著,再找出符合重設后的目標值的加熱塊的尺寸,重新進行步驟 四S140的散熱性能測試模擬實驗以及步驟五S150的驗證實驗數據的可信度等步驟。如此,加熱塊的熱阻暫態反應值Rheater-T經由上述的分析理論以及驗證方 法,可得到符合實際芯片發熱時的熱阻穩態反應值RTTV.S。最后,通過驗證的實驗數據還可借由圖1的步驟六S160的可靠度分析來 獲得散熱模組的可靠域范圍。如圖5所示的分布圖,可靠度指標與變量的算數 平均值以及標準差有關,因此本發明借由計算加熱塊的平均熱阻值Rheater.mean及標準差o來確定散熱模組是否符合廠商設計規范。當加熱塊的平均熱阻值 Rh,卜m^低于加熱塊的設定值,且兩者之間的差值大于標準差(例如大于1.5 o)時,散熱模組的可靠域范圍(以斜線表示)較大,反之,若加熱塊的平均熱阻值Rhw^高于加熱塊的設定值時,散熱模組的可靠域范圍相對較小。也就是說,利用本發明的上述步驟來決定加熱塊的尺寸,可以確信這個分布曲線 是可以相信的。而在現有的作法中,由于加熱塊都是單一尺寸,無法驗證散熱 模組均能符合設計時的散熱效能,因而可信度是令人懷疑的。綜上所述,本發明的模擬熱測試芯片的熱阻值的方法,可用于評估加熱塊 的熱阻值與熱測試芯片的熱阻值之間的相關性,并找出符合實際芯片發 熱時的加熱塊的尺寸。此外,以選定的加熱塊進行散熱性能測試之后,還 可借由驗證加熱塊的熱阻暫態反應值與熱測試芯片的熱阻穩態反應值的關系 是否在一設定的變異量范圍內,來增加測試結果的可信度。雖然本發明已以較佳實施例揭示如上,然其并非用以限定本發明,任何本 領域技術人員,在不脫離本發明的精神和范圍內,當可作些許的修改和完善, 因此本發明的保護范圍當以權利要求書所界定的為準。
權利要求
1.一種模擬熱測試芯片的熱阻值的方法,其特征在于,包括根據一熱測試芯片的溫度分布情形來決定一加熱塊的尺寸;設定至少一散熱性能測試參數,對選定的該加熱塊進行加熱,并測量該加熱塊的熱阻暫態反應值Rheater-T;以及驗證該加熱塊的熱阻暫態反應值Rheater-T與該熱測試芯片的熱阻穩態反應值RTTV-S的關系是否在一設定的變異量范圍內。
2. 如權利要求1所述的模擬熱測試芯片的熱阻值的方法,其特征在于,根 據該熱測試芯片的溫度分布情形來決定該加熱塊的尺寸包括下列步驟.-提供該熱測試芯片的一熱阻值RTTV;提供多個加熱塊的熱阻值Rheater,并取得該些加熱塊的尺寸及其熱阻值Rheater之間的對應關系;以及設定一 目標值RTarget,以決定符合該目標值RTarget的一加熱塊的尺寸。
3. 如權利要求2所述的模擬熱測試芯片的熱阻值的方法,其特征在于,取得該些加熱塊的尺寸及其熱阻值Rhea^之間的對應關系包括由回歸分析理論找 出該些加熱塊的尺寸及其熱阻值Rhea^之間的函數曲線。
4. 如權利要求2所述的模擬熱測試芯片的熱阻值的方法,其特征在于,該 目標值RTarget設定在接近于該熱測試芯片的熱阻值RTTV 。
5. 如權利要求2所述的模擬熱測試芯片的熱阻值的方法,其特征在于,還 包括當該加熱塊的熱阻暫態反應值Rheater.T與該熱測試芯片的熱阻穩態反應值RTTV.S的關系不在該設定的變異量范圍內時,重設一目標值,以決定符合該重設目標值的另一加熱塊的尺寸,其中該重設目標值相對于先前設定的該目標值RTMget趨近于該熱測試芯片的熱阻值Rrrv。
6. 如權利要求1所述的模擬熱測試芯片的熱阻值的方法,其特征在于,設 定該些散熱性能測試參數包括設定一加熱器的預熱溫度;設定該加熱塊承受的接觸壓力; 設定該加熱塊受熱后到達平衡溫度的時間;以及 設定環境溫度的容忍誤差值。
7. 如權利要求6所述的模擬熱測試芯片的熱阻值的方法,其特征在于,設 定該些散熱性能測試參數之后,還包括即時檢測實際測量值與一預定值之間的 誤差,再利用反饋誤差值來控制該些散熱性能測試參數至該預定值。
8. 如權利要求1所述的模擬熱測試芯片的熱阻值的方法,其特征在于,所 設定的該變異量范圍包括變異量百分比大于等于95%的范圍內。
9. 如權利要求1所述的模擬熱測試芯片的熱阻值的方法,其特征在于,還包括計算選定的該加熱塊的平均熱阻值Rheate卜n^n及標準差。
全文摘要
本發明公開一種模擬熱測試芯片的熱阻值的方法,用于評估加熱塊的熱阻值與熱測試芯片的熱阻值之間的相關性,并找出符合實際芯片發熱時的加熱塊的尺寸。此外,以加熱塊進行散熱性能測試后,還可借由驗證加熱塊的熱阻暫態反應值與熱測試芯片的熱阻穩態反應值的關系是否在一設定的變異量范圍內,來增加測試結果的可信度。
文檔編號G01B21/00GK101334370SQ20071012903
公開日2008年12月31日 申請日期2007年6月29日 優先權日2007年6月29日
發明者王鋒谷, 鄭懿倫 申請人:英業達股份有限公司