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一、散热的三种方式
• 三种散热方式
1) 传导: 热量由高温
区向低温区传递。
CONDUCTION
2) 对流: 利用流体的运
动将热量从一个区
域传递至另一区域。
CONVECTION
3) 辐射: 热量以电磁波 方式向四面八方传 送，它能在真空中 进行而无须任何 介 质。
RADIATION
4:1
15:1
6:1
60:1
40:1
yes
yes
yes
no
no
0.063” Aluminum Copper
0.040” Aluminum
0.07” Aluminum Zn, Mg
0.032” Aluminum Copper
0.010” Aluminum Copper
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成本比较
Y
Y/X = 8 : 1 Max ratio ~15:1
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铸造 Castings
• • • • 形状变化范围大 适于量大产品 加工成本高 导热性低
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粘结 Bonded Fin Assemblies
• • • • 适合高的、纵横比大的散热器 表面积式extrusions的2－4倍 要求强制对流冷却 要求厚的Base
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Zipper fin
• 容易安装 • Fin间距一致 • 适合批量生产
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性能比较
Fin Type Max. Fin Height Max Aspect Ratio OmniDirectional Minimum Fin Thick Material Type Stamped 2.0” Extruded 3.0” Cast 3.0” Bonded 6.0” Folded 2.0”
优点
单体成本低
可一模多穴，提高生产能力
缺点
模具成本高
因浇注要求，工件需倾斜
非常薄的壁也可达到 (<1mm) 导热系数 (~150 W/mK) 小于 挤压材料 (~200 W/mK)
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强制对流方案
高密度FIN散热器
Fan Heat Sinks
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Reserve Tank Radiator
Cooling Jacket
Pump
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热设计的发展趋势
热管技术
热管的工作原理之二
• 功能:
– 填充缝隙，减少热阻
• 类型
– Pads （贴） – 相变材料 （贴） – Grease （刷）
Vacuum
四、Aavid Thermalloy
产品回顾
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标准散热产品
• 分立式半导体
• 微处理器 • IC • LED • 高功率半导体 • DC — DC 转换器
散热基本知识介绍
Davis, Bai
21.05.2007
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介绍
为什么要进行散热？
高温对电子产品的影响：绝缘性能退化；元器件损坏；材料的热老化； 低熔点焊缝开裂、焊点脱落。 温度对元器件的影响：一般而言，温度升高电阻阻值降低；高温会降低 电容器的使用寿命；高温会使变压器、扼流圈绝缘材料的性能下降， 一般变压器、扼流圈的允许温度要低于95℃；温度过高还会造成焊点 合金结构的变化—IMC增厚，焊点变脆，机械强度降低；结温的升高 会使晶体管的电流放大倍数迅速增加，导致集电极电流增加，又使结 温进一步升高，最终导致元件失效。
• Brazing
– 连接强度高 (适合 于大散热片) – 无铅 A brazing joint
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1. Brazing technology
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• 机械方式
– 成本低 – 性能高 – 无铅
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Fan 选择
轴流式风扇
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顾客定制产品
• 挤型
• 模铸 • 热管组装 • 高纵横比FIN
– Folded Fin – Augmented Fin – Zipper Fin
• 连接方式
– Soldered – Brazed – Epoxy bonding
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自然对流方案
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折叠 Folded Fin Assemblies
• 重量轻 – 最初用 在太空 • Base厚度最小 • fin 有限 • Brazed, epoxy 或 welded 安装 • 最适合短而纵横 比高的heat sinks
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Typical Folded Fin Assembly
Bonded Fin Vs. Extrusion
9 Fins Limited to Aspect Ratios of 16:1
Extruded 6063 Alum
20 Fins Capable of Aspect Ratios of 50:1
Greater the Ratio = More fins per inch More Fins = More Performance More Conductive Fins = Better Performance
Fin Type Base Cost Factor Machining Cost Factor Finish Cost Factor Tooling Cost Factor Stamped 0.7x Extruded x Cast 0.8x Bonded 1.3x Folded 1.2x
0.6x
x
x
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介绍
散热的目的
控制产品内部所有电子元器件的温度，使其在所处的 工作环境条件 下不超过标准及规范所规定的最高温度。最高允许温度的计算应以元 器件的应力分析为基础,并且与产品的可靠性要求以及分配给每一个元 器件的失效率相一致。
主要内容
• • • •
散热三种基本方式 散热片基本知识 连接方式 产品回顾
• 热性能有限 • 单片价格低 • 初始模具成本高
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挤压 Extrusions
• • • • 适用于低纵横比 形状多样 成本低 产品周期短
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X
Extrusion Ratios
Extrusion Ratio
Y Y/X = 4 : 1 X Extrusion Ratio
相变方案
Heat Pipe
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相变方案
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液冷方案
液冷板 微通道技术
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液冷散热技术
•
1) 2) 3) 4)
笔记本水冷模组组成
水泵－ Pump 散热器－ Radiator 水冷块－Cooling Jacket 蓄水槽－Reserve Tank
1.2x
2.0x
0.8x
x
1.2x
1.1x
1.4x
2.8x
x
4.0x
1.5x
1.8x
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选择合适的散热片 • 几何体积 Vs. 性能 • 压降, Air 通道 • 成本
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三、连接方式
• Bonded (Epoxy) • Soldering
– Bi/Sn, Sn/Cu/Ag A bonded joint
离心式风扇 centrifugal type fan
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Heat Sink 连接件
• 功能
– 避免震动和晃动 – 在热界面产生压力
• 类型
– Clips （扣具） – Push Pins – Epoxy – 焊接翼片 – Screws
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热界面材料 （Pad/adhesive)
= medium Water = heat (energy)
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一、基本术语
二、散热片
Aspect Ratio = A/B
15% Higher conductivity fin material: 1100 series Aluminum
Fin Gap ―B‖
Fin Height ―A‖
Corrugated sheet metal
Extruded base
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铜焊 Brazed Fin Assemblies
• 热性能高 • 强度高 • Fin密度高
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线切
• • • •
Skived fin
纵横比可达 25:1 热性能好 (无接缝) 重量轻, 成本低 单向流动
Heat Sink 材料 • 铝Aluminum
–轻、成本低 2.78X103kg/m3;20￥/kg – 应用最广泛 236w/(m.k)
• 铜Copp) – 成本高、重8.9X103kg/m3;50￥/kg
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冲压 Stampings
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散热片类型
• 冲压Stamped
• • • • 挤压Extrusions 铸造Casting 粘结Bonded fin assemblies 折叠Folded fin assemblies