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研究生:呂孟恭
研究生(外文):MENG-KUNG LU
論文名稱:熱管散熱模組應用於繪圖處理器系統測試散熱模擬與設計
論文名稱(外文):The heat pipe radiating simulation and design for GPU System Level Test
指導教授:許進忠許進忠引用關係
指導教授(外文):JINN-JONG SHEU
學位類別:碩士
校院名稱:國立高雄應用科技大學
系所名稱:模具工程系
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
畢業學年度:100
語文別:中文
中文關鍵詞:系統層級測試熱管熱介面材料熱管散熱模組
外文關鍵詞:System level testHeat pipeThermal interface materialHeat pipe radiating module
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本研究主要目的在探討繪圖處理器系統層級測試散熱方法,如果在測試時無法迅速散熱,測試過程所產生的高熱將使繪圖處理器溫度升高達110℃,導致測試結果失真或測試模組燒毀,因此本文提出以熱管進行散熱,並改善空氣進出口設計,提高散熱效能。

本研究使用一熱管模組,設計不同進氣位置及使用不同熱介面材料,並設計一自動壓合平面貼合機構,提高散熱模組效能。經由流場分析,評估散熱模組之散熱效能及預估繪圖處理器最高核心溫度,避免測試結果失真或測試模組燒毀。

經由實際測試,本研究所提出之散熱模組可改善散熱效能,可以將測試之溫度升高量控制在60℃以下,最高測試溫度只有52℃,溫度上升量為14℃,原始散熱模組測試溫度高達110℃,本研究提出之熱管散熱模組較原散熱模組散熱效能增加52%。
This study focuses on the development for the thermal control of Graphic Processing Unit (GPU) system level test(SLT). If the heat generation of the test is not able to dissipate efficiently, the core temperature of the GPU will rise up to 110 Celsius degrees and cause fault test results or module burned. In this research, a heat pipe was adopted for thermal dissipation with different air flow orifice designs to improve the heat dissipation efficiency.
This study proposed a heat control module consists of heat pipe, different air flow intakes and thermal interface materials. A self-adjustable mechanism was designed to align the contact surface of the GPU and the test platform. The flow field analysis was carried out to evaluate the heat dissipation performance of the heat control module and predict the core temperature of the GPU. The heat control module is applied to prevent the fault test results and burned failure of GPU.
The proposed heat pipe radiating module was tested on the SLT platform. The heat dissipation performance was improved and the temperature rise is controlled to lower than 60 Celsius degrees. The maximum core temperature of GPU is 52 Celsius degrees (temperature rise 14 Celsius degrees) for the optimum case. The maximum core temperature of GPU is 110 Celsius degrees using the original heat control module design. It means the performance of the proposed heat pipe radiating module of this research is 52% up.
目錄
摘要 I
ABSTACT II
目錄 IV
圖目錄 VII
符號說明 X
一. 緒論 1
1.1. 前言 1
1.2. 文獻回顧 2
1.2.1. 熱管特性 2
1.2.2. 散熱流場與效能 4
1.2.3. 接觸熱阻與熱介面材料 5
1.3 研究動機及目的 7
1.4 研究範疇 8
二. 研究理論 9
2.1. 熱管構造與工作原理 9
2.1.1. 熱管構造 9
2.1.2. 熱管工作原理 10
2.1.3. 熱管工作限制 11
2.1.4. 熱管理論工作流體填充量 13
2.2. 散熱原理與數值模擬 14
2.2.1. 散熱原理 14
2.2.2. 數值模擬分析 16
2.3. 接觸熱阻與熱介面材料 17
2.3.1. 接觸熱阻 17
2.3.2. 熱介面材料 21
三. 設計方法與流程 23
3.1. 熱管模組設計製作 24
3.1.1. 熱管模組設計 26
3.1.2. 熱管模組製作流程 32
3.2. 散熱氣流流場設計 41
3.2.1. 模型建立與參數設定 41
3.2.2. 散熱流場模擬 44
3.3. 外殼設計 46
3.4. 浮動對位設計 49
3.5. 接觸壓力最大化設計 51
3.5.1. 接觸壓力計算方法 51
3.6. 熱界面材料評估選擇 55
3.6.1. 熱介面材料選用 55
3.7. 系統層級測試散熱效能驗證 59
3.7.1. 測試模組、測試設備與測試環境說明 59
3.7.2. 散熱效能測試驗證 67
四. 結果與討論 71
4.1. AL、BZ、CD三種進氣位置型式流速分佈模擬結果 71
4.2. AL、BZ、CD三種進氣位置型式熱耦合模擬結果 75
4.3. AL、BZ、CD三種進氣位置型式散熱效能測試驗證結果 78
4.4. 熱管散熱模組測試驗證結果 79
4.5. 熱管散熱模組+熱介面材料(石墨)測試驗證結果 80
4.6. 熱管散熱模組+熱介面材料(銦)測試驗證結果 81
4.7. 三種組合交叉比對結果與討論 82
五. 結論與未來展望 84
參考文獻 86
附錄一 電腦軟硬體版本及配備 88
附錄二 實驗設備規格說明 89
附錄三 專利申請書 90
簡歷 104
參考文獻
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