機箱散熱與防輻射最佳解決方案

1、機箱散熱與防輻射最佳解決方案窗體頂端窗體底端2004-09-29 10:23作者：來源：eNet硅谷動力收藏到E起摘【 簡介 】個人計算機的最新技術，包括處理器、芯片組、內存和圖形技術，在散熱方面對系統(tǒng)設計師提出了巨大的挑戰(zhàn)。隨著市場向更高的計算速度、更強大的功能和更小的機型發(fā)展，這些設備所產(chǎn)生的熱和熱密度將繼續(xù)增加·美麗接觸 海暢Span芯R280靚圖欣賞·入門用戶必看！ 酷睿雙核配置推薦·最低799 11款X1650XT全面阻擊76GT·難得一見精英高端板KA3現(xiàn)身市場·“日光魔盒”解決3G手機用電尷尬概述個人計算機的最新技術，包括處理器、

2、芯片組、內存和圖形技術，在散熱方面對系統(tǒng)設計師提出了巨大的挑戰(zhàn)。隨著市場向更高的計算速度、更強大的功能和更小的機型發(fā)展，這些設備所產(chǎn)生的熱和熱密度將繼續(xù)增加。在組件層次的此種熱能增加，迫使設計師重新考慮在芯片、包裝、主板和系統(tǒng)層次的散熱解決方案。被動和主動散熱器已證明是一種可靠而相對經(jīng)濟的解決辦法，足以跟上不斷增大的熱環(huán)境的挑戰(zhàn)步伐。為繼續(xù)使用這些散熱器技術，必須對系統(tǒng)層次的散熱方案予以考慮。以往，系統(tǒng)設計師專注于通過增加風扇的數(shù)量和優(yōu)化通風口的位置來改進系統(tǒng)的熱環(huán)境。這一途徑仍然是系統(tǒng)散熱設計的一個重要方面。然而，包裝層次散熱方案的成本和復雜程度越來越高，要求有更先進的系統(tǒng)層次的技術，以發(fā)現(xiàn)

3、更平衡、成本效益更佳的系統(tǒng)對策。如果計算機的外殼能提供較低的內部溫度，就能大大節(jié)省這一開支。通過在系統(tǒng)層次解決方案和包裝層次解決方案之間的恰當平衡，集成商可極大地降低系統(tǒng)的總成本。在熱負荷越來越大的環(huán)境中，處理器通常是對系統(tǒng)散熱設計要求最高的部件。處理器散熱方案通常使用銅質或鋁質的散熱器，并以活躍的風扇促使空氣流動。處理器失效溫度可以與進入活躍的風扇和散熱器的空氣的溫度有直接關系?？諝鉁囟仍降停幚砥魇囟纫苍降?。隨著INTEL Prescott Pentium4 3G以上CPU的推出后，因為高頻處理器的高功耗帶來了更大的發(fā)熱量，而舊有的機箱散熱方案已經(jīng)無法滿足其需求。于是INTEL為解決3

4、G以上CPU所帶來的散熱及防EMI問題而提出了一整套的方案，“機箱導風管”的設計(Air Guide Design)就是其中一種，而更為顯著的另外一套方案就是BTX的規(guī)范。并且也衍生出防EMI的Wave Guide Designe和U-seam Design1、由38而產(chǎn)生的Air Guide Design(機箱導風管設計)1-1、38我們都知道CPU表面所產(chǎn)生的溫度基本上是在72（INTEL稱之為T-case溫度），而在 35的環(huán)境溫度下，大多數(shù)計算機機箱提供的機內溫度環(huán)境一般約為 40-45。而INTEL必須保證T-case溫度控制在72之內，根據(jù)CPU風扇所帶來的散熱能力，必須要讓機箱內

5、的升溫(INTEL稱之為T-rise)低于3的目標，就必須要求機箱內的溫度控制在環(huán)境溫度35加T-rise3等于38（此38 INTEL稱之為T-ambient溫度）之下。此38的測量方式是：CPU風扇散熱片(heatsink)上方2cm高取4點的平均溫度。而機箱的前進后出的空氣流向，使得流向CPU風扇的空氣溫度已經(jīng)有上升很多，所以就需要為CPU風扇單獨開出一條風道，使得CPU風扇得到的空氣溫度正好是在35以下，所以就產(chǎn)生了“機箱導風管”。1-2、有關文件1-3、Air Guide Design的原理以下圖片1的設計旨在使標準 ATX 和 microATX 立式機箱達到T-rise升溫低于 3

6、 的目標。此設計的重點是降低處理器的環(huán)境溫度，同時又允許有些核心（處理器、芯片組）區(qū)域根據(jù)不同的主板布局設計而移動?？偟哪康氖翘峁┮环N能以最低代價和最小集成影響應用于不同主板的、且可方便地集成到當前和今后的機箱設計中的冷卻方案。圖 1 是一種與當前許多 microATX 機箱平臺相類似的機箱。圖中顯示了附在機箱側板上的三件套“機箱導風管”。機箱導風管由一根中空管構成，其一端外展，將室內冷空氣導向處理器。它沒有風扇，因此是一種完全被動的冷卻方案。它完全依賴于內部的系統(tǒng)風扇將空氣導向處理器和其它系統(tǒng)部件。為發(fā)揮正常功能，在機箱側板上需要有一個通風口。機箱導風管的設計限制了一件套機箱頂板和側板的使用

7、。以下是永陽機箱的實例1-4、Air Guide Design的典型氣流型式圖 2 顯示使用機箱導風管時預期氣流型式的一個例子。此系統(tǒng)平臺有一個典型的后部 80 mm系統(tǒng)風扇和一個電源設備上的 80 mm風扇。這兩個風扇都從機箱中排氣（吹出空氣），提供系統(tǒng)部件冷卻所需氣流。這種風扇配置造成機箱內部的壓力略低于箱外大氣壓。于是，機箱上的其它所有開口都成為進風口?，F(xiàn)在，主要進風口是前擋板開口和機箱導風管。處理器風扇與散熱器組合能直接吸入箱外空氣，仍然是處理器冷卻的重要部分。氣流平衡對于保證其它系統(tǒng)部件的充分冷卻仍極為重要。這涉及在機箱外殼的前面和側面提供適當?shù)拈_放區(qū)域，使所有部件都接收到所需的氣流

8、量。沒有恰當?shù)臍饬髌胶?，有些部件可能在低于所需溫度下運行，而其它一些可能在較高的環(huán)境溫度下運行。氣流平衡不易掌握，但如控制正確，所有系統(tǒng)部件都能在建議的溫度范圍內運行。2、散熱通道及其防EMI的功能2-1、機箱后部系統(tǒng)排風扇業(yè)已證明，系統(tǒng)風扇仍然是整個系統(tǒng)冷卻方案的極有價值的一部分。系統(tǒng)風扇在系統(tǒng)內部造成一個相對于外部系統(tǒng)的低壓環(huán)境。從而形成壓力梯度，迫使機外的冷空氣經(jīng)導風管流入系統(tǒng)。建議使用能提供至少 39CFM自由空氣流的 80 mm或更大的后部風扇，以與機箱導風管配合從機箱排氣。使用機箱導風管時不應采用后部風扇給機箱加壓，因為這將使本解決方案完全失效。而風扇加大，通風孔不加大，其散熱效果

9、同樣沒有達到。我們知道，在同一截面積下，方形孔的面積要比圓形孔的面積要大，也就是說方形孔的通風量要比圓形孔要大。在充分考慮防EMI的情況下，只有使用一定大小的方形孔，才能達到最大的通風量。下面是永陽機箱實行方形孔的實例：而通風孔徑增大了，隨之而來的是防EMI（電磁輻射）問題。由此，INTEL又推出了新的設計：Wave Guide Design。此設計將放在第三條作重點介紹。2-2、電源設備風扇目前市場上供應的電源設備風扇已證明足以支持本文定義的機箱導風管。電源設備風扇應排出機箱熱氣以幫助系統(tǒng)冷卻。以熱空氣向機箱加壓的電源設備風扇將降低機箱導風管的功效。在這方面不需改動或特殊考慮以支持機箱導風管

10、。2-3、處理器活動風扇散熱器與后部系統(tǒng)排風扇幾乎相同，處理器冷卻風扇仍然是整個冷卻方案的關鍵部分。使用機箱導風管時，需要一個活動風扇散熱器來維持氣流以適當?shù)乩鋮s處理器。不要與機箱導風管同時使用處理器被動冷卻方案。機箱導風管的目的僅在為將冷空氣吸入處理器核心區(qū)域提供路徑。導風管不會推送冷空氣，而是由機箱系統(tǒng)風扇吸入機外冷空氣。3、Wave Guide Design一個系統(tǒng)的電磁干擾（EMI）性能決定于設計在系統(tǒng)主板中的躁音抑制程度，以及在機箱設計中（包括內部子系統(tǒng)和電纜的放置）提供的對 EMI的限制條文。要求符合嚴格的電磁兼容性（EMC）極限，如 CISPR-22 歐洲標準或 FCC “B”

11、美國標準。對主板生產(chǎn)商的開放機箱要求提出，大多數(shù) EMI 的要求應在主板層次實現(xiàn)。不過，機箱應提供至少 6 dB 的 EMI致弱或整個頻譜的屏蔽效率（SE）。6 dB 的目標假定主板符合 FCC Part15（開放盒試驗）的標準。預期散射較高的主板很可能需要額外的防護外殼。這些標準，加之更高的處理器和視頻頻率，要求提供額外的防護外殼?；驹O計原則并未改變，但是，隨著頻率繼續(xù)升高，波長更短，在機箱設計方面也要求更多的接地點和更小的空隙。在極高頻率下，這一要求不切實際，因為接地點十分靠近，以致需要連續(xù)的墊圈，而通風口也小得會阻擋氣流。EMC 標準：47 CFR Parts 2 和 15（美國）IC

12、ES-003（加拿大）EN55022:1998（歐盟 Emissions）EN55024:1998（歐盟 Immunity）其它國際要求基于 CISPR 22設計原理通過增加孔的厚度來達到防EMI的效果永陽機箱Wave Guide Design實例4、U-seam Design設計原理U-Seam Width Width of U-Panel slotT Thickness L-PanelGap Average gap between panels, represented as (Width-T)/2Overlap Depth of overlap between U-Panel and L-Panel 永陽機箱U-seam Designs實例由以上可知，真正能夠達到38的機箱也并不只