数字化设计与制造范例1Word格式.docx
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时至2004年，CPU散热器在中国大陆市场已经风风火火的发展了7个年头，这个产业的发展可以说是非常惊人的，时至今天不但缔造了AVC、COOLERMASTER等全球知名品牌，而且中国加工生产的CPU散热器市场占有率也达到了全球需求量的90%以上，CPU散热器市场竞争越来越激烈，不再像以前那样富士康、COOLERMASTER等几个大品牌一统天下，出现了很多比较有竞争力的产品，包括一些国内品牌。
与此同时，很多知名品牌的假货纷纷上市，与真货“同场竞技”，让消费者利益受损。
由于散热器的好坏直接关系到系统的性能稳定，所以购买时我们须得谨慎行事。
（1）高性能散热器供应商各尽其招高频率CPU由于功率大，对散热的要求也更为苛刻。
奔腾4和新速龙（ATHLONXP）处理器的问世要求电脑厂商生产出功能更强大的冷却器，以应对比原有产品发热更多的新型CPU。
随着日后CPU的发展，对散热片等散热装置的要求也会更高。
曜越科技股份有限公司和协禧电机股份有限公司等台湾公司采用铜材质取代了原来的铝材质来生产CPU散热器。
前者用水冷工艺而不是旧式的焊接工艺来安装这些铜材，而协禧电机股份有限公司则采用纳米技术来生产铜材质的CPU散热器。
此外，制造商还通过增加散热器的高度和散热片的数目来提高散热效率。
深圳市创海同电子有限公司针对DIY（自行组装）市场推出了一种称为V177的CPU散热器，该产品有七个扇页和一个91×
69×
33MM的散热片结构，转速为3,800RPM，最大噪音为30DB。
香港的FULLTAT有限公司则采用大型风扇来增强产品性能。
该公司的新产品体积为70×
70×
15MM，风扇页片角度更为尖锐，以增大气流。
同时，为了降低噪音，将风扇转速降低到3,000RPM；
（2）大陆制造商主要面向DIY和装配市场。
2003年中国大陆地区有超过100家CPU散热器厂商，现已成为这一行业的重要生产基地。
由于本地劳动力成本低、原材料丰富且靠近PC厂商，许多台湾厂商也将其工厂向大陆迁移。
采用热管的散热器受到DIY市场的PC制造业及DIY市场的繁荣也极大地刺激了CPU散热器的需求增长，而近来不断出现的CPU过热烧毁报导也促进了新型散热器的销售。
一些大陆制造商还采取了一种新型散热方式，与传统的翅状散热片不同，它们使用的是热管（HEATPIPE）。
南京赫特节能环保有限公司的CPU散热器采用热管结构。
与传统产品相比，散热管更为昂贵。
CPU散热器采用热管作为传导体，因此散热效率极佳。
DIY市场通常比较偏好高端产品，并且中国国内厂商主要面向DIY和装配市场。
DIY市场对高端产品的需求不断上升，前景极佳；
（3）台湾厂商西进大陆寻找依托。
2003年，由于全球最大两家CPU厂商停止了向台湾供应商采购CPU散热器，该地区的散热器行业需求放缓。
主要原因是英特尔和AMD都有自己的生产厂将CPU和散热器集成在一起。
因此，未经英特尔和AMD认证的台湾公司便无法接获订单。
目前用于台式机的CPU散热器需求开始下降，需求增长主要是针对笔记本电脑用的CPU散热器。
由于高频率CPU的不断推出，CPU散热器厂商也必须开发相应的低噪音、高气流和易于安装的产品。
桦葳科技股份有限公司采用了一种削磨技术，使基座和扇页间的热接口效率更高，从而可获得比传统产品更为有效的散热。
通过这种技术，桦葳科技股份有限公司可将扇翼间的距离做到1毫米，扇翼厚度为0.25毫米或更薄；
（4）香港制造商积极减少散热器噪音由于那些小型OEM商将其CPU和CPU散热器分开采购所致。
多数采购商会单独采购其CPU散热器并采用船运方式，这样可节省大量运输成本。
2003年，香港产品的散热片都较大，而且噪音较小。
盛达发展有限公司的CPU散热器最大噪音仅为55DB。
FULLTAT的产品噪音仅为30DB。
尽管竞争激烈同时材料成本上升，CPU散热器的价格却保持稳定。
我国电脑散热片行业发展在散热领域OEM市场占有非常大的比重，散热片之应用的大宗主要市场是在电脑上的中央处理器（CPU）、显示晶片、晶片组等电子元件上，市场会随着电脑需求量增加而增加。
1.2我国电脑散热片行业存在问题分析
1.2.1散热片设计中的问题
散热片的设计在很大程度上影响着散热能力。
个别产品一味追求外观，其设计有很大缺陷。
现常见到的内存散热片通常有两种，一种是与内存等长的整体式散热条；
另一种是与内存颗粒大小等同的单颗散热片。
由于一体式散热条通常采用单层散热片设计，从外观上看，安装这种样式的散热条十分美观。
但这类散热条的厚度有限，加上无散热鳍片，散热能力表现平平。
此外，这类散热片还存在另一个问题，那就是很难兼顾与每一颗内存颗粒均紧密结合。
要知道散热片如果无法与内存颗粒充分接触，那么内存颗粒散发的热量将很难传到散热片上，反而让热量聚积在散热片与内存颗粒间，阻碍散热。
如果内存颗粒分布于PCB正反两面，这种整体式散热条安装的角度一定要把握恰当，否则极容易造成散热片与内存颗粒无法充分接触。
1.2.2产品同质化严重
随着技术的不断进步，我国散热片市场的产品日益丰富，不同外形，不同材料，但是由于技术壁垒的相对较低目前行业内的产品同质化的问题逐渐显露除了，从而市场产品的差异性较低，降低竞争的优势，限制了产业的发展范围。
因此企业应大力加强产品差异化的生产和设计，进而获得更好的市场份额。
1.2.3行业集中度较低
由于国内生产企业的逐渐增多，以及行业的不断发展，散热片企业的生产规模逐步扩大，同等规模的企业也越来越多，是市场竞争也日益激烈。
从而行业集中度相对较低，企业生产地区虽然较为集中，但是在市场的份额占有上比较分散。
1.3我国电脑散热片行业市场竞争趋势分析
未来几年内，我国散热片市场竞争的趋势仍主要围绕着产品的性价方面、品牌方面的竞争，主要表现如下：
（1）价格竞争。
随着市场竞争的不断加剧，价格大战早已在计算机行业开始，从而使电脑行业的利润逐渐趋于较低的水平，微薄的利润驱使行业内的生产制造商开始了一个降低成本的生产方式，随着散热片技术的程度不断成熟和进步，散热片同质化的现象早已出现，因此价格的降低是产品竞争的一个途径；
（2）品牌竞争。
对计算机行业来讲，产品性能的好坏与品牌的知名度有很大的关系，不管是现在或是未来，人们对品牌产品的信赖程度是相对较高的，随着人们收入的不断增加，人们对电子产品的购买能力也在逐步增加，因此计算机配件的品牌认知度将是影响人们对产品选择的一个较为关键的引导；
（3）性能竞争。
随着散热源性能以及电脑元件集成度的不断提高，散热片的厂商将会越来越注重散热片的性能上的提高，这将是产品竞争的一大重要竞争点，因此散热片性能的提高，也是产品和企业市场竞争能力的提高。
1.4我国电脑散热片行业技术发展趋势分析
1.4.1散热新途径--碳纳米管代替铜制散热片
2007年美国RENSSELAER理工学院和芬兰OULU大学的研究人员宣布，他们使用碳纳米管制造的散热片，给以后的芯片散热创造了一个新方向。
他们首先制造了1.2毫米长的多层碳纳米管薄膜，然后使用激光雕刻出了10X10的散热鳍片阵列，形态和我们经常在主板芯片组上看到的散热片几乎一模一样，只是尺寸要小得多。
研究人员表示，将这一超微型散热片连接在测试芯片上时，就算没有其他任何散热器，也能带走11%的芯片热量，而当其表面通过氮气流的时候，这一效率提升到了19%。
从效率和目前的性价比来说，铜是制造散热片的最佳材料。
但随着半导体技术的发展，芯片的尺寸越来越小。
当尺寸小到一定程度的时候，铜等金属材料就变得不够坚硬容易弯曲，而碳纳米管此时则是理想的散热片制造原料；
1.4.2热管散热
热管散热器是今年高档散热器流行的做法，我们可以看到，需多著名的散热器厂商都推出了其热管系列产品。
热管这项技术早在1963年就在美国的LOSALAMOS国家实验室中诞生了，其发明人是G.M.GROVER。
热管属于一种传热元件，它充分利用了热传导原理与致冷介质的快速热传递性质，通过在全封闭真空管内的液体的蒸发与凝结来传递热量，具有极高的导热性、良好的等温性、冷热两侧的传热面积可任意改变、可远距离传热、可控制温度等一系列优点，并且由热管组成的换热器具有传热效率高、结构紧凑、流体阻损小等优点。
其导热能力已远远超过任何已知金属的导热能力。
以前热管技术一直被广泛应用在宇航、军工等行业。
正是因为有热管技术的民用化，使得人们改变了传统散热器的设计思路，摆脱了单纯依靠大风量风扇获得更好散热效果的传统散热模式。
取而代之的是采用低转速、低风量风扇配合热管技术的崭新散热模式。
热管技术更为PC的静音时代带来了契机。
1.5我国电脑散热片市场发展前景分析
（1）散热片随着散热源要求不断提高。
例如，对于CPU散热片发展来说，都是根据于CPU发展趋势来进行的。
就好像当初的AMD和INTEL来说，以前发热量高的AMD到现在换成是INTEL的LGA775（扣肉双核）发热量超高的时代来说。
CPU散热片发展都是来自于CPU方面。
而且CPU散热器本身就不是普通消费者所关心的，所以中国市场的市场发展趋势无疑是性价比和主流线路为主。
当然，现在已经有相当一部分DIY玩家追求中高端、甚至高端散热器材质的追求了。
（2）寻找新的材料。
目前散热片主要由铝和铜制成。
其中又由于铜密度大，工艺复杂，价格较贵，所以现在通常的风扇多采用较轻的铝制成。
随着电脑需求的不断扩大，散热片对电脑保持良好的工作状态起着越来越重要的作用，同时也对散热片的性能也提出了更高的要求。
因此寻找新的散热片材料，提高散热片的导热、散热能力，提高性价比，将是散热片发展的主要趋势之一。
2过热对CPU的伤害
根据电子学理论，并不是热直接伤害CPU（因过热导致的CPU炸裂例外），而是热所导致的“电子迁移”现象（electromigration）在损坏CPU内部的芯片。
很多人说的CPU超到烧掉，其实严格来说，应该是高温所导致的“电子迁移”现象所引50度以下，这样CPU的内部温度就可以维持在80度以下，“电子迁移”现象就不会发生。
“电子迁移”现象并非立刻就损坏芯片，它对芯片的损坏是一个缓慢的过程，或多或少会降低CPU的寿命，假如你让你的CPU持续在非常高的温度下工作，那你的CPU可就用不了多久就会损坏。
那么“电子迁移”到底是什么?
“电子迁移”属于电子科学的领域，在60年代初期才被广泛了解，是指电子的流动所导致的金属原子的迁移现象。
在电流强度很高的导体上，最典型的就是IC内部的电路，电子的流动带给上面的金属原子一个动量（momentum），使得金属原子脱离金属表面四处流动，结果就导致金属导线表面上形成坑洞（void）或土丘，造成永久的损害，这是一个缓慢的过程，一旦发生，情况会越来越严重，到最后就会造成整个电路的短路（short），整个CPU就报销了。
“电子迁移”现象受许多因素影响，其中一个是电流的强度，电流强度越高，“电子迁移”现象就越显著。
从CPU的发展史，我们可以发现，为了把CPU的diesize缩小，IC越做越小，线路做的越细越薄，如此，线路的电流强度就变的很大，所以电子的流动所带给金属原子的动量就变的很显著，金属原子就容易从表面脱离而四处流窜，形成坑洞或土丘。
另外一个因素就是温度，高温有助于“电子迁移”的产生，这就是为什么我们要把CPU的温度维持在50以下（手摸起来温温的）。
为了防止过热所引发的“电子迁移”现象而导致对CPU造成伤害，我们必须作好散热工作。
3散热方式
散热工作按其散热方式分为主动式散热和被动式散热两种。
主动式散热是通过散热片将CPU的热自然散发到空气中，其散热的效果与散热片的面积成正比，这种散热方式的优点是方法简单且安全可靠，但散热效果不理想，对较多的发热要很大的散热面积，因此这种散热方式主要用于发散不严重的电子元件的散热，或对空间没有特别要求的军用或专用设备中。
被动式散热是利用风扇等散热设备将散热片上的热强制性带走，这种散热方式的优点是散热效率高，而且设备体积小，是目前给CPU散热的主要方式。
在被动式散热方式中，根据其散热介质的不同，又可分为风冷散热、水冷散热、半导体制冷散热、热导管散热和化学制冷散热等四种方式，风冷散热是利用散热风扇将CPU发出的热带走，其散热介质是空气，这种散热方式简单实用，且价格低廉，是目前CPU最常用的散热方式;
水冷散热是利用水循环系统将CPU发出的热带走，其散热介质是水，它的散热效率比风冷散热高，但它还需要较复杂的水冷却设备，且还有漏水的隐患，因此还未进人实用阶段;
半导体制冷散热是利用一种特殊的半导体在通电时，一端冷一端热来制冷，它的冷面温度可达到零下10摄氏度，它的缺点是工艺不成熟、价格高且易因温度过低而出现的CPU结露进而导致短路的现象;
热导管由纯度极高的无氧铜管和铜网制成，里面充有适量的液体作为散热介质，当受热端将液体蒸发成气体时，这些热的气体能在真空的管道中迅速到达管道的冷却端冷凝成液体，冷凝后的液体再通过铜网组成的毛细组织吸回受热端，采用热导管散热可在很小的温差下传递大量的热能，采用铜管散热成本很高，一般只在笔记本电脑等高档
机器中使用;
化学制冷散热是利用一些超低温的化学物质（如干冰、液氮）在融化时吸收大量的热来降低CPU的温度，它可将CPU的温度降低到零下几十度，它的缺点是价格昂贵且持续时间短。
总的来说，后四种方法的散热效果都比风冷散热的效果好，但由于安装、操作和价格等原因，只适用于实验室使用，或被部份发烧友超频时使用，对于绝大多数用户还是风冷散热。
4风冷散热器基本结构及散热原理
4.1风冷散热器基本结构
风冷散热器由散热片、扣具、散热风扇、导热介质四部分构成，再加上环境因素，就形成了影响风冷散热器散热效果的五大要素。
（1）散热片：
负责吸收热源发出的热量（通过传导方式吸热），并将吸人的热量放出（通过强制对流方式放热）。
（2）扣具：
固定散热器，用压力确保散热器底部与处理器表面良好接触，保证散热片与热源有一定的接触面积,充分发挥散热效果。
图1风冷散热器结构
（3）风扇：
提供一定风量、风压的气流。
在气流与散热片表面之间进行强制对流散热。
通过空气把传递到散热片的热量及时带走。
（4）导热介质：
减少或克服散热器底部与处理器表面接触不充分而产生的接触热阻．填充缝隙．增大热源与散热片的接触面积。
增大热传导量。
（5）环境：
提供一定温度、一定压力下的冷流体（空气），将传递至散热片的热量进行对流换熟。
并散热到空气中
4.2风冷散热器传热原理和传热过程
热量传递的基本方式有三种，即热传导、热对流和热辐射。
热传导是两种温度不同的物体之间，或同一物体但温度不同的两部分之问。
因直接接触而引起的热量交换。
热传导的基本公式为“
”，其中Q代表热量，也就是热传导所产生或传导的热量，K为材料的热传导系数，A代表传热的面积（或是两物体的接触面积），
代表物体两端的温度差，
△L则是物体两端的距离。
因此，从公式可以看出，热量传递的大小同热传导系数、传热面积成正比，同距
图2风冷散热器原理
离成反比。
热传导系数越高、传热面积越大，传输的距离越短，那么热传导的能量就越高。
也就越容易带走热量。
热对流指的是流体（气体或液体）与固体表面接触，造成流体从固体表面将热带走的热传递方式。
热辐射是一种可以在没有任何介质的情况下，不需要接触．就能够发生热交换的传递方式。
对于风冷散热器而言．热传导与热对流是主要的热量传递方式。
热源（CPU）将热量以热传导方式传至导热介质再由导热介质传至散热片基部，由基部将热量传至散热片鳍片并通过风扇与空气分子进行受迫对流，将热量散发到空气中。
风扇不断向散热片吹入冷空气。
流出热空气，完成整个散热过程。
5散热片材料的选择
散热片选用较高导热系数的材料对提高热传导效率很有帮助。
导热系数越大，导热能力越强。
在金属材料中，银的导热系数最高，但成本高，纯铜其次。
但是，铜的比重比铝大不符合散热片重量限制的要求；
铜材价格昂贵，易氧化,红铜的硬度不如铝合金，某些机械加工（如剖沟等）性能不如铝；
铜的熔点比铝高
表1材料参数
材料
材料密度
比热
导热系数
Cu
8900
385
393
Al
2700
963
156
很多难以挤压成形，导致其加工难度大，加工成本高的问题。
另外，与铝比较，铜的热容量更小，也就是说，其本身不能储存更多的热量。
这个弱点显示在散热器上，就是当电脑关机．风扇停转后，CPU内积蓄的热量无法很快被铜质散热片带走，这样便会大大缩短配件的正常使用寿命。
在风冷散热器中一般用6063T5铝合金。
这是因为铝合金的加工性好（纯铝由于硬度不足，很难进行切削加工）、表面处理容易、成本低廉。
但随着散热需求的提高，综合运用各种导热系数高的材料已是大势所趋。
部分散热片采用铜铝结合的方式来制造。
散热片底部采用纯
铜是为了发挥铜的导热系数大、传热量相对大的优点。
而鳍片部分仍采用铝合金片是为了加工容易将换热面积尽可能做大，以便对流换热揖增大。
铜铝的结合应用．既保证了散热器重量不超标又可控制成本也取得了很大的效能提升。
6逆向工程
传统的设计过程是根据产品的功能和用途首先进行概念设计,然后通过CAD输出产品的设计图纸,经审查无误后,编制NC代码并输入CNC加工设备进行产品加工或者通过快速成型机制作样品。
而反求工程是从一已经存在的零件或产品模型入手,首先对其进行数字化测量,得到它的轮廓坐标值,然后通过三维CAD曲面重构得到其三维CAD模型并输出图纸,经审查合格后由CNC加工设备或快速成型机进行加工。
6.1逆向工程可分为四种类型
6.1.1实物逆向
信息源为产品的实物模型，需要在对实物模型进行测量的基础上，在计算机中重建、修改零件模型，并生成数控加工程序，以完成零件的复制，即实物逆向的目标是实物本身。
6.1.2软件逆向
软件逆向：
产品样本、技术文件、设计书、使用说明书、图纸、有关规范和标准、管理规范和质量保证手册等均称为技术软件。
软件逆向有三类：
既有实物，又有全套技术软件；
只有实物而无技术软件；
没有实物，仅有全套或部分技术软件。
6.1.3影像逆向
设计者既无实物产品也无技术软件，仅有产品的图片、广告介绍或参观后的印象等，设计者需要通过这些影像资料去构思、设计产品，这种逆向称为影像逆向。
6.1.4局部逆向
对于破损艺术品的复原或缺乏备件的损坏零件的修复等，往往不需要对整个零件原型进行复制，而是借助逆向工程技术提取零件原型的设计思想，完成复原工作，也称为局部逆向技术。
6.2逆向工程实施需要考虑的因素
需要考虑的是信息源的形式；
逆向对象的形状、结构和精度要求；
制造企业的软、硬件条件及工程技术人员的素质。
6.3逆向工程的四个阶段
6.3.1零件原形的数字化
通常采用三坐标测量机（CMM）或激光扫描仪等测量装置来获取零件原形表面点的三维坐标值。
6.3.2从测量数据中提取零件原形的几何特征
按测量数据的几何属性对其进行分割，采用几何特征匹配与识别的方法来获取零件原形所具有的设计与加工特征。
6.3.3零件原形CAD模型的重建
将分割后的三维数据在CAD系统中分别做表面模型的拟合，并通过各表面片的求交与拼接获取零件原形表面的CAD模型。
6.3.4重建CAD模型的检验与修正
采用根据获得的CAD模型重新测量和加工出样品的方法来检验重建的CAD模型是否满足精度或其他试验性能指标的要，对不满足要求者重复以上过程，直至达到零件的逆向工程设计要求。
图3逆向工程的基本步骤
6.4散热片的坐标数据测量
本文以Calypso软件为例进行说明。
6.4.1准备探头
校准探头的步骤：
1、定义标准球（参考球）的位置
通常，主探针仅用于确定标准球（参考球）的位置。
在最近的软件版本中，不可能校准主探针，因此主探针的功能仅限于确定标准球（参考球）的位置。
假想有一个以主探头为坐标原点的探针坐标系，那么所有其它探针在该坐标系中都有X、Y、Z坐标值。
标准球（参考球）被定义为该坐标系中的坐标值零点。
也就是说，定义标准
球（参考球）的位置是所有探针校准的先决条件，即在每次校准测量探针之前必
须执行这一步。
2、校准测量探针
第二步是将测量探针的探针赋值于第一步建立的坐标系中。
测量探针的每个探针都必须校准。
图4探针定位
6.4.2逆向工程数据测量技术
数据测量是通过特定的测量设备和测量方法获取产品表面离散点的几何坐标数据，将产品的几何形状数字化。
其测量原理是:
将被测产品放置于三坐标测量机的测量空间内，可以获得被测产品上各个测量点的坐标位置，根据这些点的空间坐标值，经过计算机数据处理，拟合形成测量元素，如圆、球、圆柱、圆锥、曲面等，经过数学计算的方法得出其形状、位置公差及其它几何量数据。
高效、高精度地获取产品的数字化信息是实现逆向工程的基础和关键。
现有的数据采集方法主要分为两大类:
（1）接触式数据采集方法：
接触式数据采集方法包括使用基于力的击发原理的触发式数据采集和连续式扫描数据采集、磁场法、超声波法。
接触式数据采集通常使用三坐标测量机，测量时可根据实物的特征和测量的要求选择测头及其方向，确定测量点数及其分布，然后确定测量的路径，有时还要进行碰撞的检查。
触发式数据采集方法采用触发探头，触发探头又称为开关测头，当测头的探针接触到产品的表面时，由于探针受理变形触发采样开关，通过数据采
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