為什麼要散熱設計的一個佐證實例 XBox

關於為什麼要散熱設計 之前有文提過
講歸講 ，人性還是不見棺材不掉淚
多數的人 還是認為 隨便兜兜散熱器就好
我們就舉個實際活生生的例子

這例子是亞洲電子科技 日本人 寫的
客觀第三者
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Xbox 360故障率高散熱設計是元兇？
這可能是消費性電子產品史上最貴的產品故障處理費用，估計在10.6億美元。美國微軟公司已經針對特殊的硬體錯誤，延長Xbox 360遊樂器系統免費保修期間到三年。上述金額的估計為根據這個決定推算。 雖然微軟的問題為免費維修而非產品召回，但花費高漲有兩個理由。第一個為自從微軟在2005年11月發表Xbox 360以來，在確認這個問題之前，全球已經賣出了大約1200萬台。第二點，微軟所估計的故障率非常高。微軟正在安置主電路板與其他元件到故障的Xbox 360。美國的iSuppli公司估計主電路板的元件成本約為200美金。考量到運費、組裝與其他費用，每台的成本會提升到250美金，有可能高估一些，需要維修的全部數目將可能達到500萬台，或是接近全部出貨量的40％。為何Xbox 360的故障率如此的高？微軟內部只說有多重的原因並且拒絕提供任何細節。雖然如此，有一個暗示：Xbox 360容易過熱。假如基本的原因是不良的散熱設計，這可以解釋為何故障率如此的高，達到40％。Nikkei Electronics透過散熱設計工程師的協助分析與測量Xbox 360裡面的散熱處理。小的散熱片首先我們測量Xbox 360在運作時的熱氣排出與溫度。當玩的遊戲有額外使用3D圖形與數位光碟機（DVD），Xbox 360的電力消耗達到約170W。排出的熱風溫度約為45℃，比23℃的室溫高了22℃。散熱設計工程師指出，「在散熱設計上，一般與室溫最大的差異為10℃左右。這個結果高得驚人。」為了要控制雜訊而把風扇的每分鐘轉速（rpm）保持的很低，最大的氣流量為1.1m/s，是標準PC的1/3或一半。接下來我們打開主電路板。工程師對於繪圖IC的散熱片非常的小感到震驚，並且懷疑這個大小能否保持晶片不要過熱。散熱片的氣冷效果與對流路徑的橫剖面成正比，在這個案子中，繪圖IC散熱片的橫剖面大約只有微處理器的1/7（圖1）。「看起來風扇所抽進來的風幾乎都是要來冷卻微處理器，他們作了一些努力來增加散熱片的寬度，以增加橫剖面，但是看來似乎沒有非常有效。」繪圖IC散熱片的縮小似乎是因為DVD磁碟機直接安裝在上面。DVD磁碟機的底部直接在散熱片上面，形成氣流路徑。「在PC裡面這是常見的做法，把散熱片包在導管裡面，但是可能在Xbox 360裡面的可用空間不夠，散熱片的不足使得導管無法使用，於是改用DVD磁碟機與外殼等元件在上面來包覆散熱片。例如，假如導管在運送過程中移位，將使散熱片的氣冷效率大幅降低。」IC溫度超過100℃下一步我們測量散熱片的溫度來決定我們在Xbox 360裡面的溫度測量是否合適（圖2）。我們在散熱片上裝設兩個熱電偶，裝好外殼，然後操作Xbox 360。微處理器的散熱片溫度穩定在59℃，但是繪圖IC的溫度在遊戲開始五分鐘就上升到70℃，上升速率約為每分鐘10℃，在15分鐘以後達到80℃，代表了與室溫的差異達到了57℃。假如夏天的室溫為35℃，估計散熱片的溫度將超過90℃，而IC的溫度將超過100℃。這一次我們是在最佳的情況下測量氣冷的效果，確定氣流的路徑沒有灰塵與其他障礙。隨著進氣孔有灰塵阻塞，外殼擺放的位置與其他問題等等，IC溫度將會上升的更高。熱摧毀了IC BGA？根據各種分析的結果，我們認為因為繪圖IC散熱設計不良，造成故障是最可能的原因。假如這真的是主要原因，則可能的故障模式是什麼？IC暴露在過高的溫度下會有兩種故障的類型，也就是IC本身、焊錫接合、及周邊元件的故障。受訪的幾位專家指出－IC與板子之間的接合被破壞－是最有可能出現的情況。當IC、電路板等達到過高的溫度時，熱膨脹係數的差異會導致板子彎曲，造成接合兩者之間的球形閘陣列（BGA）受到極大的應力。重複這樣的高溫過程將使得錫球因為溫度關係而破裂，最終造成故障（圖3）。故障分析的專家表示，自從無鉛銲錫導入之後，發生這種類型的問題逐漸增加。無鉛銲錫比傳統銲錫需要較高的迴焊溫度，但是過高的溫度有可能傷害零件。也因此，許多的晶片在焊接時，迴焊溫度調整到比最佳值低。除此以外，迴焊溫度如果比平常高，也可能導致板子彎曲並增加BGA與板子之間的間隙。在這個情況下，即使看起來正常，接合力的強度仍有可能不足。然而，散熱處理工程師補充說，「造成問題原因是IC周邊元件的散熱設計不良的機會很低。」基本原因是冷卻散熱片的溫度為45℃到55℃。即使是對熱抵抗力最差的電解電容，在這個溫度下也不大會有明顯的劣化，更何況這些元件並沒有與散熱片作直接的實體接觸。■作者　Naoki Asakawa、Mayuko Uno
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好的，簡單說，亞洲電子請獨立工程師對Xbox進行量測，
實測結果，其IC 溫度在非最佳條件下極有可能過溫。

測試不一定都是正確的，常常在許多坊間電子雜誌或網路上
看到許多不正確的測試，似是而非的評論，屬於後院物理(backyard physics)的觀點
（這種測試評論往後再舉篇例子好了）
但這篇文章除了可能因為專業背景的關係有些翻譯不是很完善（如「雜訊」Noise應該是「噪音」）
主要的測試與推論邏輯 個人認為可信

另個消息來源指出
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根據報導指出，有玩家拆開送修回來的 Xbox 360 三紅故障機，查看到底哪部分被維修過，結果發現 GPU 的散熱片與早先的設計不同，在 GPU 散熱片上額外添增了 1 條熱導管，並連接到以支架延伸出來、位於主機前端的副散熱片上，是原本所沒有的。　　由於 Xbox 360 主機自發售以來便一直有故障率偏高的消息傳出，而許多故障的案例都是電源指示燈顯示「三紅」的狀況，有消息指出此一故障可能是因為 GPU 過熱所致。本次新增的熱導管與副散熱片，很可能就是為了因應此一故障狀況所進行的改良。
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按此看來，的確散熱設計是出了問題。

問題來了
有兩個
第一、當初產品開發時，在設計上沒有考慮散熱嗎？
第二、產品驗證階段，為何沒有過濾出這個問題？

這樣的產品缺失，我們可以說產品的專案管理有極嚴重的缺失。
以目前的電子產品生態，幾乎肯定這玩意是台灣ODM的。
不曉得10.6億美元的損失，微軟要和ODM廠怎麼拆...........
除非設計完全由微軟負責，台廠只做OEM
沒事就沒事，一旦涉及賠償，一層一層的設計責任就一定會被追究
數位家電消費性電子