散熱模組CPU接觸面平面度測量

柳笠

（蘇州大學 機電工程學院，江蘇 蘇州 215300）

散熱模組CPU接觸面平面度測量

柳笠

（蘇州大學 機電工程學院，江蘇 蘇州 215300）

風冷散熱是最常見的CPU散熱方式，它的工作原理是CPU散熱片與CPU表面直接接觸，CPU表面的熱量通過熱傳導傳遞給CPU散熱片，散熱風扇產生氣流，通過熱對流將CPU散熱片表面的熱量帶走。散熱器與cpu的接觸面越平整則吸收cpu的熱量越充分，散熱性能也越好。本課題主要內容為設計一個通用型的機臺，通過非接觸式的紅外測距來間接計算出散熱器表面的平整度，并將測試結果保存入數據庫。

散熱模組；平面度；激光測距

風冷散熱在散熱器中比較常見，一般現在的筆記本、臺式機及服務器都采用風冷，不過這三個風冷在外觀上又有些區別。筆記本主要是靠熱管的毛細效應傳輸熱量，進而將熱量通過風扇散發到空氣中；臺式機靠金屬接觸傳熱，風扇直接放在散熱器上散熱；而服務器由于熱量大，為了增加與空氣的接觸面積，散熱模組也大，一般都會裝多個風扇來增強空氣的流通性。

本文主要測量的就是用于服務器的散熱模組。 在散熱過程中為了保證CPU和散熱器最大面積的接觸，降低熱阻值，使熱量快速通過金屬傳導到散熱肺片上，因此在研發生產散熱器時，保證散熱器與CPU接觸面的表面平整度就顯得非常重要。平面度是幾何誤差的基本項目之一，確定工件的平面度誤差對判定其合格性和改善其加工質量都有重要的指導意義。我國平面度誤差檢測方面，國家標準給出對平面度誤差的定義是：實際平面對其理想平面的變動量，其中理想平面的位置需符合最小條件。在測量時按照一定的布點方式虛擬出一個擬合平面，通過比較擬合平面與實際平面來評定平面度。由于平面度誤差的定義中，并沒有確定符合最小條件的平面測量工具，所以平面度誤差值無法通過測量工具直接測得，它只能通過平面上點的測量和平面度誤差評定兩個部分間接地計算出來。

1 平面測量方案

對于傳統的平面測量方法，國家標準中根據測量原理和器具，分別提供了干涉法、指示器法、光軸法等直接測量方法，跨步儀法、表橋法、自準直儀法等間接測量方法和反向消差法等組合測量法。由于這些傳統的測量方法多是基于手動測量設備和人工計算，其測量的精度和速度越來越難以滿足現今高人力成本的制造業的檢測要求，隨著光電、測量和自動化技術的發展，出現了接觸式、非接觸式、CCD攝像式等多種現代平面在線測量技術。

2 平面度誤差評定算法

平面度誤差是判斷平面加工設備優劣的一個非常重要的指標。國家標準提供了對角線法、最小區域法、三遠點法和最小二乘法等平面度誤差評定算法，我們需要根據不同的現場情況選擇適合自己的最高效、最精確的算法。

3 測試機臺的制作

現在市面上測量平面度較多的設備是三坐標測量儀，采用接觸式測量，但是在測量產品較多時無法預估接觸點磨損的狀況，需要頻繁的校驗設備。因此本次選用紅外激光測距，將紅外激光傳感器固定在一個XY軸滑軌上（滑軌的精度必須非常高，誤差在0．01mm以內），xy軸上各接一個步進電機，由PLC控制激光傳感器的位置，測量傳感器與散熱模組表面的距離并傳回上位機程序中（如圖1）。上位機采用合適的平面度計算方法，通過測得的距離數據，來間接計算出散熱模組的平面度并將數據保存在本地數據庫中。

圖1 測試機臺內部

4 測量步驟

（1）在數據庫中新建一個機種，除名字之外還需要輸入激光測距儀在XY兩軸運動的距離。（2）控制步進電機使測距儀走U型軌跡跑完整個區域，并在等距離的位置記錄一次與測試平面的距離。（3）跑完整個區域后，對數據做處理并計算得出最終的平面度數值。（4）將數據存入數據庫。

5 數據處理

本次測試選取如下一個散熱模組（圖2），在銅面上一個30×30mm區域內等距離取16個點。測量激光測試儀到這16個點的距離。

圖2 散熱模組

測量16個點的原始數據如表1，單位mm。

表1

產品底部外圈和放置產品平臺精度并不是非常高，產品放在測試平臺上，必然會和激光測距儀的運動平面存在一定的傾斜，因此需要對原始數據做一些處理。數據處理過程：（1）將第一列與第四列數據的平均值作比較，以銅面中間為軸，對平面的傾斜做矯正。第一次處理后的數據如表2。（2）將第一行與第四行數據的平均值作比較，以銅面中間為軸，對平面的傾斜做矯正。第二次處理后的數據如表3。（3）計算所有數據的平均值，取平均值與16個數據中絕對值最大的數值，最后結果為0．07mm。

表2

表3

6 測量過程中遇到的問題

（1）激光測距采用非接觸式測量，相比傳統接觸式測量有著不可比擬的優勢，但是它也有因此帶來的缺陷。激光測量是往目標物體發射一束光束，光通過漫發射回到測距儀的檢測點，運用勾股定理計算出目標的距離。其中很關鍵的一點就是漫反射，如果被測物體的發射能力很強，屬于鏡面反射，那么激光測量的能力就大打折扣。不同生產廠家制作的產品對這一點的處理能力有所差距，在測量時采用一些方法減少影響（比如將測試儀傾斜5度左右），但在本質上測量的原理還是一樣，所以都無法避免這一問題。

（2）激光測試儀測量時需要保證測試儀在靜止狀態，在上文中提到測距的原理是通過漫反射然后運用勾股定理計算距離，因此在測量時，理論上要與被測物體保持靜止。而且在運動中為了防止設備抖動，運動速度也不宜太快，這就導致測量16個點的時間大大增加。對于產品的測量成本也就增加了不少。

7 結語

將多次的測量結果與市面上其它三坐標測試儀作比較，結果很理想。對比三坐標測試儀，此設備測試速度快，自動化程度高，對于大部分測試生產方面設備開發具有一定的研究價值。

[1]胡志鵬,張洪濤．CPU散熱器現狀和發展趨勢[J]．江西藍天學院學報,2009,4(4): 28-29．

[2]唐金沙,李艷紅,黃偉,馬雯波,劉吉普．CPU 風冷散熱器散熱性能的實驗測試[J]．現代電子技術,2009,12(299):115．

TP368.32

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1671-0711（2017）08（下）-0220-02