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散熱片是一種用于電器中易發(fā)熱電子元件散熱的裝置，通常由鋁合金、黃銅或青銅制成板狀、片狀或多片狀等形式。它主要用于冷卻電器中重要的電子元件，如CPU中央處理器、電視機(jī)中的電源管、行管和功放管等。為了提高散熱效果，在使用散熱片時(shí)需要在電子元件與散熱片接觸面涂上一層導(dǎo)熱硅脂。散熱片是維護(hù)電器穩(wěn)定運(yùn)行的重要部件之一，可以提高電器的可靠性和使用壽命。散熱片
電器易發(fā)熱電子元件散熱裝置
基本信息
| 中文名 | 散熱片 |
| 類別 | 銅鋁結(jié)合散熱片 |
| 應(yīng)用 | 電腦、電視機(jī)等 |
| 作用 | 使元器件發(fā)出的熱量更有效的傳導(dǎo) |
| 定義 | 是一種給電器中的易發(fā)熱電子元件 |
| 舉辦活動(dòng) | 2013中國(guó)（上海）電子導(dǎo)熱散熱材料展覽會(huì) |
收起
材質(zhì)介紹
吸熱片
目前常用的散熱片材質(zhì)是銅和鋁合金，二者各有其優(yōu)缺點(diǎn)。銅的導(dǎo)熱性好，但價(jià)格較貴，加工難度較高，重量過(guò)大（很多純銅散熱器都超過(guò)了CPU對(duì)重量的限制），熱容量較小，而且容易氧化。而純鋁太軟，不能直接使用，都是使用的鋁合金才能提供足夠的硬度，鋁合金的優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格低廉，重量輕，但導(dǎo)熱性比銅就要差很多。有些散熱器就各取所長(zhǎng)，在鋁合金散熱器底座上嵌入一片銅板。
對(duì)于普通用戶而言，用鋁材散熱片已經(jīng)足以達(dá)到散熱需求了。
散熱片在散熱器的構(gòu)成中占有重要的角色，除風(fēng)扇的主動(dòng)散熱以外，評(píng)定一個(gè)散熱器的好壞，很大程度上取決于散熱片本身的吸熱能力和熱傳導(dǎo)能力
展會(huì)
2013中國(guó)（上海）電子導(dǎo)熱散熱材料展覽會(huì)
布展時(shí)間:2013年11月11日---2013年11月12日
展覽時(shí)間:2013年11月13日---2013年11月15日
撤展時(shí)間:2013年11月15日---2013年11月15日
會(huì)展場(chǎng)館：上海新國(guó)際博覽中心
2014中國(guó)（深圳）電子導(dǎo)熱散熱材料展覽會(huì)
布展時(shí)間:2014年4月7日---2014年4月8日
展覽時(shí)間:2014年4月9日---2014年4月12日
撤展時(shí)間:2014年4月12日---2014年4月12日
會(huì)展場(chǎng)館：深圳會(huì)展中心
2015中國(guó)（上海）電子導(dǎo)熱散熱材料展覽會(huì)
展會(huì)時(shí)間:2015年6月9日---2015年6月11日
會(huì)展場(chǎng)館：上海世博展覽館
制程工藝
鋁擠型散熱片
這是廣泛用于現(xiàn)代散熱中的優(yōu)良散熱材料，業(yè)界大部份都使用6063 T5優(yōu)質(zhì)鋁材，其純度可達(dá)到98%以上，其熱傳導(dǎo)能力強(qiáng)﹑密度小﹑價(jià)格便宜所以得到了各大廠商的青睞。依據(jù)Intel和AMD CPU的熱阻值和其發(fā)熱量的考量，鋁擠型廠商制訂相應(yīng)的模具，將鋁錠加熱到一定的溫度下，使其物理形態(tài)得到改變，然后從模具中出來(lái)就得到了我們想要的各種散熱片原材了；再將其進(jìn)行切割﹑剖溝﹑打磨﹑去毛刺﹑清洗﹑表面處理就可以進(jìn)行利用了。
鋁鑄造散熱片
雖然鋁擠散熱片的價(jià)格低廉，制造成本也較低，但其由于受到鋁材本身質(zhì)地較軟所局限，他的鰭片厚度與鰭片的高度之比一般不會(huì)超過(guò)1:18，所以各PC生產(chǎn)廠商對(duì)于散熱面積不斷增大，而散熱空間不變的要求之下，廠商們提出了一種較為合適的方案，加密鰭片，從而增加鰭片數(shù)量；折彎鰭片，從而增大散熱面積；將鋁錠從固態(tài)加熱到液態(tài)經(jīng)過(guò)模具，再進(jìn)行冷卻就成了我們想要的散熱片了。
鋁切削散熱片
雖然從散熱面積上解決了這種鋁擠型所不能達(dá)到的效果，但是現(xiàn)在模具的精密程度直接影響到我們散熱片整體的造型和散熱能力，所以更多的廠商開(kāi)始想到用加工機(jī)械精密的刀具直接將成塊的鋁錠進(jìn)行切削到我們想要的形狀，這樣在加工過(guò)程中既不會(huì)出現(xiàn)變形，也不會(huì)使各種雜質(zhì)在鋁擠的過(guò)程中進(jìn)入到散熱片中，也能使我們的散熱面積最大化。
銅切削散熱片
使用了這么長(zhǎng)時(shí)間的鋁擠型散熱片，不管如何改變我們的加工工藝，都難以滿足不斷增長(zhǎng)的CPU發(fā)熱量，有的廠商不得不在成本上不惜血本，舍鋁而求銅，由于銅的導(dǎo)熱系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鋁，熱傳導(dǎo)能力的成倍增加，對(duì)于我們的散熱是大有裨益；然而由于銅的硬度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鋁，所以在加工過(guò)程中，對(duì)制程來(lái)說(shuō)是一次嚴(yán)峻考驗(yàn)。所以傳統(tǒng)的擠壓成型工藝已經(jīng)不能適用于銅了，而不得不變成這種切削的方式來(lái)進(jìn)行加工。
鋁﹑銅堆棧散熱片
有一點(diǎn)是值得我們注意的，那就是成本與利潤(rùn)永遠(yuǎn)是廠商所追求終極目標(biāo)，所以各大廠商就開(kāi)始想出了更為優(yōu)化的方案，將銅﹑鋁片材用折壓的方式，制成我們想要的各種形狀的散熱片，然后與適當(dāng)?shù)母鞣N散熱片底板用焊接的方式聯(lián)結(jié)在一起，這樣既達(dá)到了我們散熱的要求，同時(shí)也加快了我們生產(chǎn)的進(jìn)度，使量產(chǎn)更加容易
嵌銅散熱片
這種折衷的方案解決得最為完美的應(yīng)屬AVC首創(chuàng)的嵌銅技術(shù)。這是將銅熱傳導(dǎo)速度快，密度大，吸熱能力強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)與傳統(tǒng)鋁擠型密度輕，價(jià)格便宜，方便量產(chǎn)的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行了和諧的統(tǒng)一；
鑲銅散熱片
另一方案就是FOXCONN首創(chuàng)將散熱器底部與CPU接觸的部份改用銅塊，使用銅吸熱快，熱傳導(dǎo)能力強(qiáng)的特點(diǎn)，快速的將CPU運(yùn)行所產(chǎn)生的大量熱能帶到表面鍍鎳的銅塊上，而銅塊與鋁擠型散熱片之間使用導(dǎo)熱膏與之緊密結(jié)合，使大量熱能快速的擴(kuò)散到鋁擠散熱片上而被風(fēng)扇的轉(zhuǎn)動(dòng)而帶走。
嵌合散熱片
熱管是近幾年熱傳領(lǐng)域的一項(xiàng)重大發(fā)現(xiàn)，也是最早使用于筆記本計(jì)算機(jī)和各大高端通信行業(yè)散熱中的主要散熱材料。由于其驚人的熱傳導(dǎo)速度和循環(huán)使用的物理特性，使我們的散熱變得更加輕松而創(chuàng)造了無(wú)限可能。
發(fā)展史
眾所周知，電子器件的工作溫度直接決定其使用壽命和穩(wěn)定性，要讓PC各部件的工作溫度保持在合理的范圍內(nèi)，除了保證PC工作環(huán)境的溫度在合理范圍內(nèi)之外，還必須要對(duì)齊進(jìn)行散熱處理。而隨著PC計(jì)算能力的增強(qiáng)，功耗與散熱問(wèn)題日益成為不容回避的問(wèn)題。
一般來(lái)說(shuō)，PC內(nèi)的熱源大戶包括CPU、主板、顯卡以及其他部件如硬盤(pán)等，它們工作時(shí)消耗的電能會(huì)有相當(dāng)一部分轉(zhuǎn)化未熱量。尤其對(duì)目前的高端顯卡而言，動(dòng)輒可達(dá)到200W功耗，其內(nèi)部元件的發(fā)熱量不可小覷，要保證其穩(wěn)定地工作更必須有效地散熱。
第一代——沒(méi)有散熱概念的年代
1995年11月，Voodoo顯卡的誕生，把我們的視覺(jué)帶入了3D世界，PC機(jī)從此具有了幾乎和街機(jī)同級(jí)的3D處理能力，開(kāi)創(chuàng)了真正的3D處理技術(shù)時(shí)代。從此以后，圖形芯片的發(fā)展一發(fā)不可收拾，核心工作頻率由100MHz提升到現(xiàn)在的900MHz，紋理填充率從1億每秒飆升到如今的420億每秒（GTX480）。面對(duì)性能如此大的改變，發(fā)熱量是可想而知的，風(fēng)冷、熱管、半導(dǎo)體制冷片等散熱設(shè)備也運(yùn)用到了顯卡身上。今天就給他大家介紹下主流顯卡散熱設(shè)備的發(fā)展和趨勢(shì)。
當(dāng)年的Voodoo顯卡剛推出的時(shí)候，是沒(méi)有任何散熱設(shè)施的，核心上的參數(shù)赤裸裸的暴露在我們面前。與目前的主流顯卡相比，當(dāng)時(shí)并沒(méi)有GPU的說(shuō)法。而顯卡上的主要核心芯片處理能力甚至比當(dāng)前的網(wǎng)卡還要弱，所以發(fā)熱量幾乎為零，幾乎不需要另外散熱設(shè)備輔助。
第二代——散熱片的運(yùn)用
1997年8月，NVIDIA再次殺入3D圖形芯片市場(chǎng)，發(fā)布了NV3，也就是Riva 128圖形芯片，Riva 128是一款128bit的2D、3D加速圖形核心，核心頻率為60MHz，核心的發(fā)熱也逐漸成為問(wèn)題，散熱片的運(yùn)用正式進(jìn)入顯卡領(lǐng)域。
第三代——風(fēng)冷散熱時(shí)代的到來(lái)
TNT2的發(fā)布如同一顆重磅子彈狠狠地射入3dfx的心臟。核心頻率為150MHz，它支持當(dāng)時(shí)幾乎所有的3D加速特性，包括32位渲染、24位Z緩沖、各向異性濾波、全景反鋸齒、硬件凸凹貼圖等，性能增強(qiáng)意味著核心發(fā)熱的增加，而工藝上卻沒(méi)有很大進(jìn)步仍然采用的0.25微米，所以散熱片這種被動(dòng)的方式已經(jīng)不能滿足現(xiàn)行的需求，主動(dòng)式散熱方式正式進(jìn)入顯卡的舞臺(tái)。
使用了麗臺(tái)專利散熱系統(tǒng)TwinTurbo-II（第二代全覆式雙渦輪散熱風(fēng)扇），散熱片完全地覆蓋整張卡，啟動(dòng)時(shí)空氣會(huì)順著一個(gè)方向經(jīng)兩把風(fēng)扇一出一入，能夠有效地將芯片及顯存的熱力迅速帶走。而且兩把球軸承風(fēng)扇能有效減低噪音，再加上金屬散熱網(wǎng)令壽命更長(zhǎng)久。
雖然高速的風(fēng)扇是解決散熱問(wèn)題的最好辦法，可是有些朋友在享受3D游戲無(wú)窮樂(lè)趣的同時(shí)無(wú)法忍受“抽油煙機(jī)”般的噪音。好在熱管技術(shù)的應(yīng)用正好解決了這個(gè)問(wèn)題，一般是由核心吸熱塊、背部吸熱塊、兩塊大面積散熱片以及一條熱管組成。熱管做為一種被動(dòng)式的熱傳導(dǎo)裝置，通過(guò)內(nèi)部工作流體的相態(tài)變化將熱量從吸熱段迅速轉(zhuǎn)移到放熱段，再依靠?jī)?nèi)部的毛細(xì)管結(jié)構(gòu)回流到吸熱段，循環(huán)往復(fù)，不耗電也不產(chǎn)生噪音，而且熱傳導(dǎo)能力強(qiáng)，是在有限的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)熱量迅速轉(zhuǎn)移，進(jìn)而增大散熱面積，大幅提升被動(dòng)散熱效果的有效手段。但是這樣的散熱方式還是有缺點(diǎn)的，因?yàn)樯崮芰Σ粔驈?qiáng)勁，只能運(yùn)用在中端卡上面，高端如果要采用此技術(shù)就必須要加個(gè)風(fēng)扇了。
功率計(jì)算
任何器件在工作時(shí)都有一定的損耗，大部分的損耗變成熱量。小功率器件損耗小，無(wú)需散熱裝置。而大功率器件損耗大，若不采取散熱措施，則管芯的溫度可達(dá)到或超過(guò)允許的結(jié)溫，器件將受到損壞。因此必須加散熱裝置，最常用的就是將功率器件安裝在散熱器上，利用散熱器將熱量散到周?chē)臻g，必要時(shí)再加上散熱風(fēng)扇，以一定的風(fēng)速加強(qiáng)冷卻散熱。在某些大型設(shè)備的功率器件上還采用流動(dòng)冷水冷卻板，它有更好的散熱效果。散熱計(jì)算就是在一定的工作條件下，通過(guò)計(jì)算來(lái)確定合適的散熱措施及散熱器。功率器件安裝在散熱器上。它的主要熱流方向是由管芯傳到器件的底部，經(jīng)散熱器將熱量散到周?chē)臻g。若沒(méi)有風(fēng)扇以一定風(fēng)速冷卻，這稱為自然冷卻或自然對(duì)流散熱。
熱量在傳遞過(guò)程有一定熱阻。由器件管芯傳到器件底部的熱阻為R JC，器件底部與散熱器之間的熱阻為R CS，散熱器將熱量散到周?chē)臻g的熱阻為R SA，總的熱阻R JA=R JC+R CS+R SA。若器件的最大功率損耗為PD，并已知器件允許的結(jié)溫為TJ、環(huán)境溫度為T(mén)A，可以按下式求出允許的總熱阻R JA。
R JA≤(TJ-TA)/PD
則計(jì)算最大允許的散熱器到環(huán)境溫度的熱阻R SA為
R SA≤({T_{J}-T_{A}}\over{P_{D}})-(R JC+R CS)
出于為設(shè)計(jì)留有余地的考慮，一般設(shè)TJ為125℃。環(huán)境溫度也要考慮較壞的情況，一般設(shè)TA=40℃ 60℃。R JC的大小與管芯的尺寸封裝結(jié)構(gòu)有關(guān)，一般可以從器件的數(shù)據(jù)資料中找到。R CS的大小與安裝技術(shù)及器件的封裝有關(guān)。如果器件采用導(dǎo)熱油脂或導(dǎo)熱墊后，再與散熱器安裝，其R CS典型值為0.1 0.2℃/W;若器件底面不絕緣，需要另外加云母片絕緣，則其R CS可達(dá)1℃/W。PD為實(shí)際的最大損耗功率，可根據(jù)不同器件的工作條件計(jì)算而得。這樣，R SA可以計(jì)算出來(lái)，根據(jù)計(jì)算的R SA值可選合適的散熱器了。
散熱器介紹
小型散熱器(或稱散熱片)由鋁合金板料經(jīng)沖壓工藝及表面處理制成，而大型散熱器由鋁合金擠壓形成型材，再經(jīng)機(jī)械加工及表面處理制成。它們有各種形狀及尺寸供不同器件安裝及不同功耗的器件選用。散熱器一般是標(biāo)準(zhǔn)件，也可提供型材，由用戶根據(jù)要求切割成一定長(zhǎng)度而制成非標(biāo)準(zhǔn)的散熱器。散熱器的表面處理有電泳涂漆或黑色氧極化處理，其目的是提高散熱效率及絕緣性能。在自然冷卻下可提高10 15%，在通風(fēng)冷卻下可提高3%，電泳涂漆可耐壓500 800V。
散熱器廠家對(duì)不同型號(hào)的散熱器給出熱阻值或給出有關(guān)曲線，并且給出在不同散熱條件下的不同熱阻值。
計(jì)算實(shí)例
如下：工作電壓 VS為 18V;負(fù)載阻抗RL為4 ，工作頻率直流條件下可到5kHz，環(huán)境溫度設(shè)為40℃，采用自然冷卻。
2.6℃/W。
器件的功耗為PD:
PD=PDQ+PDOUT
式中PDQ為器件內(nèi)部電路的功耗，PDOUT為輸出功率的功耗。PDQ=IQ(VS+|-VS|)，PDOUT=V^{2}_{S}/4RL，代入上式
PD=IQ(VS+|-VS|)+V^{2}_{S}/4RL=37mA(36V)+18V2/4 4=21.6W
式中靜態(tài)電流取37mA。
散熱器熱阻R SA計(jì)算:R SA≤({T_{J}-T_{A}}\over{P_{D}})-(R_{ JC}+R_{ CS}})
為留有余量，TJ設(shè)125℃，TA設(shè)為40℃，R JC取最大值(R JC=2.6℃/W)，R CS取0.2℃/W，(PA02直接安裝在散熱器上，中
間有導(dǎo)熱油脂)。將上述數(shù)據(jù)代入公式得
R SA≤{125℃-40℃}\over{21.6W}-(2.6℃/W+0.2℃/W)≤1.135℃/WHSO4在自然對(duì)流時(shí)熱阻為0.95℃/W，可滿足散熱要求。
注意事項(xiàng)
1.在計(jì)算中不能取器件數(shù)據(jù)資料中的最大功耗值，而要根據(jù)實(shí)際條件來(lái)計(jì)算；數(shù)據(jù)資料中的最大結(jié)溫一般為150℃，在設(shè)
計(jì)中留有余地取125℃，環(huán)境溫度也不能取25℃(要考慮夏天及機(jī)箱的實(shí)際溫度)。
2.散熱器的安裝要考慮利于散熱的方向，并且要在機(jī)箱或機(jī)殼上相應(yīng)的位置開(kāi)散熱孔(使冷空氣從底部進(jìn)入，熱空氣從頂
部散出)。
3.若器件的外殼為一電極，則安裝面不絕緣(與內(nèi)部電路不絕緣)。安裝時(shí)必須采用云母墊片來(lái)絕緣，以防止短路。
4.器件的引腳要穿過(guò)散熱器，在散熱器上要鉆孔。為防止引腳與孔壁相碰，應(yīng)套上聚四氟乙稀套管。
5.另外，不同型號(hào)的散熱器在不同散熱條件下有不同熱阻，可供設(shè)計(jì)時(shí)參改，即在實(shí)際應(yīng)用中可參照這些散熱器的熱阻
來(lái)計(jì)算，并可采用相似的結(jié)構(gòu)形狀(截面積、周長(zhǎng))的型材組成的散熱器來(lái)代用。
6.在上述計(jì)算中，有些參數(shù)是設(shè)定的，與實(shí)際值可能有出入，代用的型號(hào)尺寸也不完全相同，所以在批量生產(chǎn)時(shí)應(yīng)作模
擬試驗(yàn)來(lái)證實(shí)散熱器選擇是否合適，必要時(shí)做一些修正(如型材的長(zhǎng)度尺寸或改變型材的型號(hào)等)后才能作批量生產(chǎn)。
IDT熱量數(shù)據(jù)
考慮到微電子器件的功率消耗問(wèn)題，熱能管理對(duì)于任何電子產(chǎn)品能否達(dá)到最佳性能是至關(guān)重要的。微電子器
件的操作溫度決定了產(chǎn)品的速度和可靠性。IDT積極致力于加強(qiáng)其產(chǎn)品和封裝的研發(fā)，以達(dá)到最佳的速度和
可靠性。然而，產(chǎn)品性能經(jīng)常受到執(zhí)行情況影響，因此小心處理各項(xiàng)影響操作溫度的因素有助于充分發(fā)揮產(chǎn)
影響器件操作溫度最重要的因素包括功率消耗、空氣溫度、封裝構(gòu)造和冷卻裝置等。以上這些因素共同決定
了產(chǎn)品的操作溫度。以下是目前計(jì)算操作溫度所采用的方程式
TC = TA + P [QCA ]
QJA = 管芯到周?chē)h(huán)境空氣的封裝熱阻力 (每瓦攝氏度)
QJC = 管芯到封裝外殼的封裝熱阻力 (每瓦攝氏度)
QCA = 封裝外殼到周?chē)h(huán)境空氣的封裝熱電阻 (每瓦攝氏度)
TJ = 平均管芯溫度 (攝氏度)
TC = 封裝外殼溫度 (攝氏度)
TA = 周?chē)h(huán)境空氣溫度 (攝氏度)
P = 功率 (瓦)
以上方程式是目前決定封裝溫度的方法。業(yè)界有時(shí)會(huì)采用更為精確和復(fù)雜的方法，但相應(yīng)地需要獲得更多的
參考資料
[1]
2013中國(guó)上海電子導(dǎo)熱散熱材料及設(shè)備展覽會(huì) · 2013中國(guó)上海電子導(dǎo)熱散熱材料及設(shè)備展覽會(huì)[引用日期2013-05-10]
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