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2009年10月8日 星期四

歡迎提出散熱設計分析問題 Thermal problems to be solved

無論您是專案經理 產品企劃 散熱工程人員 可於此標題下回應欄陳述 或email
歡迎提出您遇到的散熱問題


請盡量詳述問題

有代表性或重要性的j問題答覆會選擇性置於文章中


Any thermal related question is welcomed.

2009年8月21日 星期五

自製storage

非常有意思
這個公司並不是製造硬體系統的公司
是提供備份服務的
但因為不滿意市面上沒有 合理的儲存設備
自己設計了一個
還不是貼貼補補的喔 很正式
比很多系統公司胡搞亂搞的還像樣

http://www.backblaze.com/petabytes-on-a-budget-how-to-build-cheap-cloud-storage.html

2009年6月8日 星期一

電腦展觀察

本次電腦展關於散熱部分的觀察

零組件部分,無特殊技術或設計值得特別描述,
基本上還是又亮又炫的會場產品布置。

系統產品部分,
整體而言,水準最好的是S*********公司。
可以觀察得出他們的產品皆經過"正式"的散熱設計考量,
且系統整合度很高,EE,機構,散熱各方面的互相配合與整合做的很好。


水準最差的,算是M**公司。也算小有名聲,但展示的系統,
在散熱上可以用'慘不忍睹','不可置信'形容。
令人不禁懷疑,該公司到底有沒散熱設計的人員或管理機制。
其展示系統幾乎可以肯定散熱上是絕對失敗的,根本連測試都不用浪費時間。
完全違反基本流體力學原理。 風罩與機構模具費用可以說 根本是白花的。
那些機台似乎純粹是為參展做的展示,個人是不相信那樣的系統能運作,或販售。
(2045 但展示的目標為何? 離譜的散熱設計?)

其實,從最終產品的設計,不單單只是能看出單一領域的能力,
更能看出產品背後,組織運作的方式,專案管理的模式。
東拉西扯的公司,做出來的東西就一副東拉西扯的樣子。

另外,有幾個標榜無風扇設計的通訊產品,仔細觀察其內部散熱設計,
也可以發現並未掌握設計重點,非常表面的人云亦云設計法。

工業電腦與軍規電腦的部分,產品倒是挺引人興趣,不過可惜都沒有開放系統,
無法仔細觀察其散熱細節。

基本上,今年沒有啥讓人眼睛為之一亮的設計展示。
(連showgirl活動,都讓人覺得陳年老調的想打瞌睡)

小筆電散熱模組

本案為一小筆電之散熱模組設計

客戶資訊與產品細節基於客戶利益,皆保留不表。
僅簡述本案特性

本案為共通設計(白話文 就是 公板 公殼)
因此機構空間與孔位皆已固定。
(仔細審查,系統端散熱設計未盡完善;不過那不在本案設計範圍,視為既有限制)

本案晶片瓦數雖然不高,但機構空間亦被嚴重壓縮,此外因產品定位,價格亦嚴重受限。
因此考量機構與價格之限制條件,此設計仍須巧思。
並不是瓦數不高就是簡單的設計;在緊迫空間與價格預算下,如何準確達成即為設計功力要點。

考量散熱目標性能、機構空間限制、預算價格、操作性、製程等等各方因素
構思可行架構
並已自有散熱器分析設計工具程式進行可行性分析與初步尺寸定義
並進一步以數值模擬雙重確認結果與條件。
最後得出一簡潔有效,滿足目標與條件之散熱模組設計。



每一個設計案,都有屬於它的特殊性,
抓出問題特性,簡潔有效的解決,便是每個案子的成就所在。

2009年4月26日 星期日

Heatsink改善實例(2)_____2U

散熱鰭片散熱器設計
這是個針對 2U heatsink的模組層級設計。

設計目標:
1.機構空間相容於Intel 2U 標準 passive heatsink
2.散熱特性,應用特性相同。
3.重量輕於標準設計
4.成本低於標準設計

=======
經過仔細的分析設計,順利達成上述目標。
設計不僅考量散熱理論,同時考量加工製造。(設計至部件工程圖,組立圖)
新設計結果:
1.機構完全相容於原標準設計,體積還略小
2.散熱特性,應用特性完全相同。
3.重量降低21% (有利於震動落摔測試,與降低主機板型變)
4.成本降低25%(以相同原物料價格計算,各項加工費用皆包含)
===========
再一次顯示好的設計不止達成好的性能,更可以節省成本。
在價格競爭的市場,成本絕對影響重大。

此設計案為自主專案,已完成設計成果可移轉,有興趣者歡迎進一步聯繫。
E-mail:
ywt0905@gmail.com
server heatsink/2U solution/cost down/2伺服器U 散熱器

2009年4月17日 星期五

Heatsink改善實例(1)

Heatsink redesgin
前面設計案例主要是產品層級,
這裡舉一個模組層級散熱鰭片的案例。

避免不必要的麻煩,實物照片不在這裡張貼。
但圈子內有留意的人或許有機會知道所指的對象。
知道的人自己知道就好,別說破。

這原本是應用於某1U伺服器的CPU散熱器。(D開頭)
原設計具有熱管,總重超過650g,價格也不算便宜。

原設計無論是價格、機構、重量遭到案主客戶質疑,案主希望進行改善;
仔細分析設計,原設計基本上很多地方違反基本熱傳原理。(內行人看了都會搖頭)
經過改善,新設計不需熱管,體積縮小30%,重量低於400g,成本降低45%
而散熱特性未降低,甚至適用性更大。

不良的散熱設計 跟良好的設計,差異就是可以這麼大。

設計得當,是可以省錢的,而且可能省得不少。

經驗中,至少七成以上的產品都有明顯改善空間。
有興趣驗證者,時間允許之下可免費進行評估交流!
1U server,heatsink,伺服器,模組,cost down
散熱鰭片設計 散熱器設計

2009年2月18日 星期三

也是個好樣 ML350

另一個督導過的案子

http://www.pcauthority.com.au/Review/136112,hp-proliant-ml350-g5.aspx

『Internally, everything looks neat and tidy, with cabling kept to a minimum. 』

『Office staff will love the server’s near silent running. There’s a pair of large cooling fans at the rear, and the single processor in the review unit has an active heatsink, but we had to switch almost everything else off in the lab before we could even hear this system. Adding a second processor will increase noise output, but either way it won’t create any disturbance 』


是G5喔,G5之後的跟我們無關,一定要講清楚。
5U server

好樣的 DL360

伺服器散熱設計
不小心在網路上發現對DL360 G5 的評價 (是G5喔)
http://www.pcpro.co.uk/reviews/173217/hp-proliant-dl360-g5.html
六顆星喔

曾經督導過的設計....
也是某人的好成果 看到就知道我在說妳..

噪音設計的成果
"We were expecting this to generate a lot of noise but after power up they settled down to a steady whisper"




style,style啊...

另一個使用者評價http://www.tigerdirect.com/applications/SearchTools/item-details.asp?EdpNo=3264901&body=MAIN
「I think this is a great value. Data Center grade gear at a good price. Tiger had it here in three days. HP quality says it all. I will add this server runs very quiet - I have no issues sitting next to this box. If there was/is one downside - it doesn't take ''standard'' SATA drives - you have to use those tiny (but fast) SFF drives from HP. Box is solid』

是的 ,散熱和FSC都是我們做的

再強調一次,是G5 喔,之後不是我們做的。

2008年12月22日 星期一

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

========================================
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

====
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。
=============
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

2008年12月4日 星期四

TV BOX

這是一個多媒體機的設計實例。

案主的假想敵是一個知名A品牌的機器。
案主目標是以更便宜的手法達到相通功能。

案主原初宣稱A品牌機器沒有風扇,因此設計必須是無風扇設計。
但經過簡單的基本熱傳推算,可以發現無風扇設計對這樣的產品是遠超過物理可能性的。
悶著頭下去做,無論如何是不可能做到的,只是浪費時間。
仔細拆解A品牌機器,事實上是有風扇的,只是被精巧的機構偽裝。

仔細檢驗A品牌設計,從散熱觀點並沒有特出之處,但卻將機構作得十分複雜(或許跟該品牌是以造型擅長有關吧)。

考量空間與整系統各元件散熱需求,此專案散熱並不是一個容易的案子。
幾經思索,仍然得到一個簡潔有效的設計。
散熱裝置成本估計為A品牌的三分之一不到。 (數百元以上的差距)
相當有趣的一個專案。

這專案的幾個觀察點:
1.產品初始定義很重要,請務必運用正確專業;
如果開始沒弄清楚,悶著頭做無風扇設計,無論怎麼試也是試不出來的。
2.正確的整體散熱設計,確切可以產生有效經濟的設計。


.設計功力高低,差在是不是可以迅速看出問題所在,以及提供的方案是否實際可行。
數位家電消費性電子

2008年12月3日 星期三

POS工業電腦

本文是針對一個終端客戶為日本超市的收銀機系統所做的散熱設計。

設計進入階段:原形設計完成/尚未進行樣品製作 (機殼與主版)

專案任務:1.預測原設計散熱是否充分,避免原型製作費用浪費。
________. 2.視預測結果,提供設計改善建議。

原設計描述 : 原設計直觀的採用一般市售主動散熱器及兩個某尺寸軸流扇於機殼。

分析結果: 原設計可以滿足散熱規格/
_________但進一步觀察流場狀況發現原配置造成之流場散熱效率不良

改善建議 : 根據分析結果重新設計CPU散熱器(鋁擠),不需主動風扇

﹍﹍﹍﹍﹍重定機殼開孔位置,
﹍﹍﹍﹍﹍並縮減風扇至一個。

改善效益 :

原設計市售散熱器價格為三百/兩個軸流扇價格八十/散熱元件總價二百七十

新散熱器價格一百二十(含模具攤提)/一個軸流扇價格四十/總價一百六十


新舊差價一百五十 產品總生產量20K
因此共可節省三百萬
產量越大,節省越多。

這個是一個實例 而不是虛擬的練習題
這個實例顯示, 正確的工具使用加上正確的知識
確確實實可以產生真正的效益 在這裡實際的效益是減低了產品成本

花一點點時間作有品質的分析改善,可以省超過三百萬,不值得嗎?

設計功力高低,差在是不是可以迅速看出問題所在,以及提供的方案是否實際可行。
pos thermal/IPC cooling
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