散熱片的材料和設(shè)計(jì)考慮

散熱片的材料

　　傳統(tǒng)散熱片材料為鋁，鋁的熱傳導(dǎo)性可達(dá) 209W/m-K，加工特性佳，成本低，因此應(yīng)用非常廣。而由於散熱片性能要求越來(lái)越高，因此對(duì)於散熱片材料熱傳導(dǎo)特性的要求也更為殷切，各種高傳導(dǎo)性材料的需求也越來(lái)越高。銅的熱傳導(dǎo)率 390W/m-K，比起鋁的傳導(dǎo)增加 70%，而缺點(diǎn)是重量三倍於鋁，每磅的價(jià)格和鋁相同，而更難加工。由於受限於高溫的成型限制，無(wú)法和鋁同樣擠型成形，而銅的機(jī)械加工花更多時(shí)間，使加工機(jī)具更易損毀。然而當(dāng)應(yīng)用的場(chǎng)合受限於傳導(dǎo)特性為重點(diǎn)時(shí)，銅通?？勺鳛樘娲?，此外利用銅做為散熱片的底部可提升熱傳擴(kuò)散的效率，降低熱阻值。

　　一些增進(jìn)散熱的材料如高導(dǎo)熱的 polymer、碳為基材的化合物，金屬粉沫燒結(jié)，化合的鉆石以及石墨等都是目前受矚目的熱傳導(dǎo)材料。然而最需要的性質(zhì)是什麼？控制的傳導(dǎo)性、高加工性、低重量、低熱膨脹系數(shù)、低毒性以及更重要的是成本必須低於鋁。許多新材料的物理特性高於鋁，但價(jià)格也多了許多倍。

AlSiC 是目前最新的材料，混合各種鋁合金以制成特殊的物理性質(zhì)，控制的熱膨脹、高傳導(dǎo)性以及顯著的強(qiáng)度使得 AlSiC 更有吸引力，由於成本的關(guān)系，這種材料一般用在底部及作為功率模組底部和晶片直接接觸的基板。

散熱片的設(shè)計(jì)考慮

1. 包絡(luò)體積

　　以散熱片的設(shè)計(jì)而言，這里介紹一個(gè)簡(jiǎn)易的方法，也就是包絡(luò)體積的觀念，所謂包絡(luò)體積是指散熱片所占的體積，如果發(fā)熱功率大，所需的散熱片體積就比較大。散熱片的設(shè)計(jì)可就包絡(luò)體積做初步的設(shè)計(jì)，然后再就散熱片的細(xì)部如鰭片及底部尺寸做詳細(xì)設(shè)計(jì)。發(fā)熱瓦數(shù)和包絡(luò)體基的關(guān)系如下式所示。

LogV=1.4xlogW-0.8(Min37.5px 3 )

2. 散熱片底部厚度

　　要使得散熱片效率增加，散熱片底部厚度有很大的影響，散熱片底部必須夠厚才能使足夠的熱能順利的傳到所有的鰭片，使得所有鰭片有最好的利用效率。然而太厚的底部除了浪費(fèi)材料，也會(huì)造成熱的累積反而使熱傳能力降低。良好的底部厚度設(shè)計(jì)必須由熱源部分厚而向邊緣部份變薄，如此可使散熱片由熱源部份吸收足夠的熱向周圍較薄的部份迅速傳遞。散熱瓦數(shù)和底部厚度的關(guān)系如下式所示：

t=7xlogW-6 (min2mm)

3. 鰭片形狀

　　散熱片內(nèi)部的熱藉由對(duì)流及輻射散熱，而對(duì)流部分所占的比例非常高，對(duì)流的產(chǎn)生

　?。?/span>1）鰭片間格在散熱片壁面會(huì)因?yàn)楸砻娴臏囟茸兓a(chǎn)生自然對(duì)流，造成壁面的空氣層（邊界層）流，空氣層的厚度約 2mm，鰭片間格需在 4mm以上才能確保自然對(duì)流順利。但是卻會(huì)造成鰭片數(shù)目減少而減少散熱片面積。鰭片間格變狹窄-自然對(duì)流發(fā)生減低，降低散熱效率。鰭片間格變大-鰭片變少，表面積減少。

　?。?/span>2）鰭片角度鰭片角度約三度。

　?。?/span>3）鰭片厚度當(dāng)鰭片的形狀固定，厚度及高度的平衡變得很重要，特別是鰭片厚度薄高的情況，會(huì)造成前端傳熱的困難，使得散熱片即使體積增加也無(wú)法增加效率。散熱片變短時(shí)，增加表面積會(huì)增加散熱效率，但也會(huì)使散熱片的體積減少而造成的缺點(diǎn)（熱容量減少）因而產(chǎn)生。因此鰭片長(zhǎng)度需保持一定才能產(chǎn)生效果。

　　鰭片變薄-鰭片傳熱到頂端能力變?nèi)?/span>

　　鰭片變厚-鰭片數(shù)目減少（表面積減少）

　　鰭片增高-鰭片傳到頂端能力變?nèi)酰w積效率變?nèi)酰?/span>

　　鰭片變短-表面積減少

4. 散熱片表面處理：

　　散熱片表面做耐酸鋁（Alumite）或陽(yáng)極處理可以增加輻射性能而增加散熱片的散熱效能，一般而言，和顏色是白色或黑色關(guān)系不大。表面突起的處理可增加散熱面積，但是在自然對(duì)流的場(chǎng)合，反而可能造成空氣層的阻礙，降低效率。

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