臺灣博碩士論文加值系統

智慧型手機已成為輕薄、多功能、高密度之行動通訊裝置。在不同使用條件下，各類晶片需擁有更優異且穩定的處理效能。如何讓系統不受高溫影響以及使用壽命更加長久，散熱成為一項重要的課題。
本文以量測水平放置之智慧型手機內部溫度場為比較基準，並採用數值模擬軟體FLOTHERM來求解該使用情況下溫度分布。量測與模擬結果顯示兩者在合理差距內，因此確認數值模型具有一定的準確性。本研究也從不同手機傾斜角度進行模擬，觀察浮力效應對機身內部溫度場之影響。另外中央處理器的發熱累積在PCB上，無法有效排出，間接影響周圍晶片，因此藉由不同傳導方法以改善積熱問題。
從模擬分析中可知中央處理器為主要發熱核心，而電源管理IC、音頻解碼器和多晶封裝記憶體深受中央處理器發熱影響，這四個元件均列為觀察晶片。吾人藉由改變封裝材料、PCB材料和機殼材料，並在晶片上方增設散熱模組與不同導熱材質等方式，檢視改善成效。最後採用綜合改良可有效降低系統溫度並解決積熱問題。吾人也發現伴隨著綜合散熱改良，浮力效應之影響相對變小，亦即溫度場不因傾斜角度的變化而有太大改變。

Smart phones have become a slim, multifunctional, and high-density mobile communication device. Chips need to possess sound and stable processing performance under various operating conditions. In order to eliminate high temperature effects and to assure longer life circle, heat dissipation in smart phones is an important topic.
This study measures the temperature distribution in a horizontally oriented cell phone as the benchmark. Numerical simulation is conducted to obtain the thermal field under same condition. It is found that the agreement between the two is within a reasonable range (less than 10 %). Thus the numerical model can be regarded as accurate and acceptable. More simulations are executed for phones with various inclination angles. The associated buoyancy effects on the thermal field are observed. Since the heat generated in the CPU accumulates in the PCB, so the neighboring chips are influenced. Heat transfer enhancement via conduction is proposed to correct the waste heat accumulation problem.
It is understood from simulation and analysis that CPU is the primary component for waste heat. It also has significant impact on the power management IC, the audio decoder, and the multichip package RAM. Therefore the temperatures of the four chips are monitored. Several heat dissipation improvements are proposed and the associated effects are examined, such as changing the packaging material, PCB material, and the casing material, and inserting heat sinks on top of CPU with different materials. A combination of the above improvements can decrease the operating temperatures of the chips and solve the waste heat problem effectively. It is also found that the buoyancy effect diminishes with the use of improvements; that is, the thermal fields do not change significantly for different inclination angles.

摘要 I
Abstract II
目錄 III
表目錄 V
圖目錄 VII
符號說明 X
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機與目的 1
1.3 文獻回顧 2
第二章 基礎熱傳理論與電子構裝 5
2.1 熱傳概論 5
2.1.1 熱傳導(Conduction Heat Transfer) 5
2.1.2 熱對流(Convection Heat Transfer) 5
2.1.3 熱輻射(Radiation Heat Transfer) 6
2.2 電子構裝概述 7
2.2.1 構裝發展與分類 7
2.2.2 封裝介紹 7
第三章 實驗設備與方法 13
3.1 實驗設備 13
3.1.1 實驗量測 13
3.2.1 實驗步驟 13
3.2.2 實驗結果 15
第四章 數值模擬理論與模型分析 27
4.1 數值模擬理論 27
4.1.1 FLOTHERM電子散熱模擬軟體簡介 27
4.1.2 數值分析概論 29
4.1.3 統御方程式 30
4.1.4 交錯式網格 31
4.1.5 離散化 32
4.2 數值模擬分析 37
4.2.1 物理模型建構 37
4.2.2 系統屬性設定 40
4.2.3 數值求解之準確性 41
4.2.4 解析域設定 43
4.2.4 網格設定 45
4.2.5 實驗量測與最終數值模擬結果比較 48
第五章 結果與討論 51
5.1 原始模型之散熱分析 51
5.1.1 環境溫度對智慧型手機之影響 51
5.1.2 傾斜角度對智慧型手機之影響 52
5.1.3 改良規劃流程 56
5.2 電子構裝散熱特性與溫度影響 56
5.2.1 晶片消耗功率之影響 56
5.2.2 晶片封裝材料之影響 57
5.3 PCB對於晶片之溫度影響 58
5.3.1 PCB在不同含銅量於晶片之溫度影響 59
5.3.2 不同PCB於晶片之溫度影響 60
5.4 晶片與機殼之傳導研究 61
5.4.1 CPU上置入散熱模組之探討 62
5.4.2 晶片上置入導熱材質之探討 63
5.4.3 不同材質機殼之散熱探討 66
5.5 綜合改良與角度探討 66
第六章 結論與未來展望 87
6.1 結論 87
6.2 未來展望 88
參考文獻 91

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