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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 | 2013中國（上海）電子導(dǎo)熱散熱材料展覽會 |
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。銅的導(dǎo)熱性好，但價格較貴，加工難度較高，重量過大（很多純銅散熱器都超過了CPU對重量的限制），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)點是價格低廉，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，在鋁合金散熱器底座上嵌入一片銅板。
對于普通用戶而言，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)扇的主動散熱以外，評定一個散熱器的好壞，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
2013中國（上海）電子導(dǎo)熱散熱材料展覽會
布展時間:2013年11月11日---2013年11月12日
展覽時間:2013年11月13日---2013年11月15日
撤展時間:2013年11月15日---2013年11月15日
會展場館：上海新國際博覽中心
2014中國（深圳）電子導(dǎo)熱散熱材料展覽會
布展時間:2014年4月7日---2014年4月8日
展覽時間:2014年4月9日---2014年4月12日
撤展時間:2014年4月12日---2014年4月12日
會展場館：深圳會展中心
2015中國（上海）電子導(dǎo)熱散熱材料展覽會
展會時間:2015年6月9日---2015年6月11日
會展場館：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﹑密度小﹑價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超過1:18，所以各PC生產(chǎn)廠商對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，所以更多的廠商開始想到用加工機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，這樣在加工過程中既不會出現(xiàn)變形，也不會使各種雜質(zhì)在鋁擠的過程中進(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
使用了這么長時間的鋁擠型散熱片，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，所以在加工過程中，對制程來說是一次嚴(yán)峻考驗。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進(jìn)行加工。
鋁﹑銅堆棧散熱片
有一點是值得我們注意的，那就是成本與利潤永遠(yuǎn)是廠商所追求終極目標(biāo)，所以各大廠商就開始想出了更為優(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，吸熱能力強的優(yōu)勢與傳統(tǒng)鋁擠型密度輕，價格便宜，方便量產(chǎn)的優(yōu)勢進(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)能力強的特點，快速的將CPU運行所產(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散到鋁擠散熱片上而被風(fēng)扇的轉(zhuǎn)動而帶走。
嵌合散熱片
熱管是近幾年熱傳領(lǐng)域的一項重大發(fā)現(xiàn)，也是最早使用于筆記本計算機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，還必須要對齊進(jìn)行散熱處理。而隨著PC計算能力的增強，功耗與散熱問題日益成為不容回避的問題。
一般來說，PC內(nèi)的熱源大戶包括CPU、主板、顯卡以及其他部件如硬盤等，它們工作時消耗的電能會有相當(dāng)一部分轉(zhuǎn)化未熱量。尤其對目前的高端顯卡而言，動輒可達(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——沒有散熱概念的年代
1995年11月，Voodoo顯卡的誕生，把我們的視覺帶入了3D世界，PC機從此具有了幾乎和街機同級的3D處理能力，開創(chuàng)了真正的3D處理技術(shù)時代。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。
當(dāng)年的Voodoo顯卡剛推出的時候，是沒有任何散熱設(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)時并沒有GPU的說法。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——散熱片的運用
1997年8月，NVIDIA再次殺入3D圖形芯片市場，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)熱也逐漸成為問題，散熱片的運用正式進(jìn)入顯卡領(lǐng)域。
第三代——風(fēng)冷散熱時代的到來
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，性能增強意味著核心發(fā)熱的增加，而工藝上卻沒有很大進(jìn)步仍然采用的0.25微米，所以散熱片這種被動的方式已經(jīng)不能滿足現(xiàn)行的需求，主動式散熱方式正式進(jìn)入顯卡的舞臺。
使用了麗臺專利散熱系統(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，啟動時空氣會順著一個方向經(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)令壽命更長久。
雖然高速的風(fēng)扇是解決散熱問題的最好辦法，可是有些朋友在享受3D游戲無窮樂趣的同時無法忍受“抽油煙機”般的噪音。好在熱管技術(shù)的應(yīng)用正好解決了這個問題，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。熱管做為一種被動式的熱傳導(dǎo)裝置，通過內(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，再依靠內(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，是在有限的空間內(nèi)實現(xiàn)熱量迅速轉(zhuǎn)移，進(jìn)而增大散熱面積，大幅提升被動散熱效果的有效手段。但是這樣的散熱方式還是有缺點的，因為散熱能力不夠強勁，只能運用在中端卡上面，高端如果要采用此技術(shù)就必須要加個風(fēng)扇了。
功率計算
任何器件在工作時都有一定的損耗，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圍空間，必要時再加上散熱風(fēng)扇，以一定的風(fēng)速加強冷卻散熱。在某些大型設(shè)備的功率器件上還采用流動冷水冷卻板，它有更好的散熱效果。散熱計算就是在一定的工作條件下，通過計算來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圍空間。若沒有風(fēng)扇以一定風(fēng)速冷卻，這稱為自然冷卻或自然對流散熱。
熱量在傳遞過程有一定熱阻。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圍空間的熱阻為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TA，可以按下式求出允許的總熱阻R JA。
R JA≤(TJ-TA)/PD
則計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為實際的最大損耗功率，可根據(jù)不同器件的工作條件計算而得。這樣，R SA可以計算出來，根據(jù)計算的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。
散熱器廠家對不同型號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。
計算實例
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在自然對流時熱阻為0.95℃/W，可滿足散熱要求。
注意事項
1.在計算中不能取器件數(shù)據(jù)資料中的最大功耗值，而要根據(jù)實際條件來計算；數(shù)據(jù)資料中的最大結(jié)溫一般為150℃，在設(shè)
計中留有余地取125℃，環(huán)境溫度也不能取25℃(要考慮夏天及機箱的實際溫度)。
2.散熱器的安裝要考慮利于散熱的方向，并且要在機箱或機殼上相應(yīng)的位置開散熱孔(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)。安裝時必須采用云母墊片來絕緣，以防止短路。
4.器件的引腳要穿過散熱器，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，不同型號的散熱器在不同散熱條件下有不同熱阻，可供設(shè)計時參改，即在實際應(yīng)用中可參照這些散熱器的熱阻
來計算，并可采用相似的結(jié)構(gòu)形狀(截面積、周長)的型材組成的散熱器來代用。
6.在上述計算中，有些參數(shù)是設(shè)定的，與實際值可能有出入，代用的型號尺寸也不完全相同，所以在批量生產(chǎn)時應(yīng)作模
擬試驗來證實散熱器選擇是否合適，必要時做一些修正(如型材的長度尺寸或改變型材的型號等)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題，熱能管理對于任何電子產(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。以下是目前計算操作溫度所采用的方程式
TC = TA + P [QCA ]
QJA = 管芯到周圍環(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 = 封裝外殼到周圍環(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 = 周圍環(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)界有時會采用更為精確和復(fù)雜的方法，但相應(yīng)地需要獲得更多的
參考資料
[1]
2013中國上海電子導(dǎo)熱散熱材料及設(shè)備展覽會 · 2013中國上海電子導(dǎo)熱散熱材料及設(shè)備展覽會[引用日期2013-05-10]
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作者
