电子设备热设计第三讲.ppt

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* * * * * 两个alpha相同吗?所以要注意α、A、eta的匹配,不要用错了 * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 自然冷却散热器的设计注意事项 考虑到自然冷却时温度边界层较厚,如果齿间距太小,两个齿的热边界层易交叉,影响齿表面的对流,所以一般情况下,建议自然冷却的散热器齿间距大于12mm,如果散热器齿高低于10mm,可按齿间距≥1.2倍齿高来确定散热器的齿间距。 自然冷却散热器表面的换热能力较弱,在散热齿表面增加波纹不会对自然对流效果产生太大的影响,所以建议散热齿表面不加波纹齿。 自然对流的散热器表面一般采用发黑处理,以增大散热表面的辐射系数,强化辐射换热。 由于自然对流达到热平衡的时间较长,所以自然对流散热器的基板及齿厚应足够,以抗击瞬时热负荷的冲击,建议大于5mm以上。 强迫冷却散热器的设计注意事项 在散热器表面加波纹齿,波纹齿的深度一般应小于0.5mm。 增加散热器的齿片数。目前国际上先进的挤压设备及工艺已能够达到23的高宽比,国内目前高宽比最大只能达到8。对能够提供足够的集中风冷的场合,建议采用低温真空钎焊成型的冷板,其齿间距最小可到2mm。 采用针状齿的设计方式,增加流体的扰动,提高散热齿间的对流换热系数。 当风速大于1m/s(200CFM)时,可完全忽略浮升力对表面换热的影响。 在一定的冷却体积及流向长度下,确定散热器齿片最佳间距的大小的方法 不同形状、不同的成型方法的散热器的传热效率比较 肋片散热器的材料 Thermal Properties of Heat Sink Materials 散热器材料热特性 肋片散热器底座与翅片材料需求 散热器所要做的的就是要将聚集CPU Die中的热量传导到更大的热导体并通过巨大的散热面积与空气进行热交换。在这个过程中,散热片的底座是与CPU接触并聚集热量的地方,而翅片则是热量传导的终点,最终将热量散失到空气中。所以,散热器的底座和翅片是最值得重视的两个部分。 首先是散热器底座在短时间内能尽可能多的吸收CPU释放的热量,即瞬间吸热能力,只有具备高热传导系数的金属才能胜任。其次是散热器本体应当具备足够的储热能力,即较大的热容量,通常承担这个任务的是翅片。对于金属导热材料而言,比热和热传导系数是两个重要的参数。 目前最常用的散热片材料是铜和铝合金。而铝合金容易加工,成本低,所以也是应用最多的材料。相比之下,铜的瞬间吸热能力比铝合金好,但散热的速度就较铝合金要慢。 采用铜铝结合制造,采用铜金属底座或铜柱芯,而散热翅片采用铝合金。凭借较高的导热系数,铜制底面可以快速吸收CPU释放的热量;铝制鳍片可以借助复杂的工艺手段制成最有利于散热的形状,并提供较大的储热空间并快速释放,这在各方面找到了的一个均衡点。 肋片散热器底座与翅片材料需求 同样体积的散热材料,铜的重量是铝的3倍;而铝的比热仅为铜的2.3倍。所以相同体积下,铜散热片可以比铝散热片容纳更多的热量,升温更慢。同样一块厚度的底部,铜不但可以快速引走CPU Die的温度,自己的温度上升也比铝的散热片缓慢。因此铜更适合做成散热器的底面。 两种金属的结合比较困难,铜和铝之间的亲和力较差,如果接合处理不好,便会产生较大的介面热阻(即两种金属之间由于不充分接触而产生的热阻)。 肋片散热器的加工工艺 Types of Heat Sinks available:现有的散热器种类: Stampings 冲压 Extrusions 拉伸 Bonded/Fabricated 粘接 Folded 折叠 Liquid-cooled cold plates 液体冷板 Casting 铸造 Stamping Heat Sinks:冲压散热器 are made of copper or aluminum sheet metal铜片或铝片可用压印的方式制成所需的形状 low cost, high volume solution for low power applications成本低,适合批量供应,可用于低热密度的器件。而压印的器件在组装上也有自动化的便利性,因此可进一步降低成本。 Extrusion Heat Sinks:拉伸(挤型)散热器 将铝锭高温加热至约 520~540℃,在高压下让铝液流经具有沟槽的挤型模具,作出散热片初胚,然再对散热片初胚进行裁剪、剖沟等处理。 may be used for large wattage loads大发热量 can be longitudinal, cross-cut, or serrated types可由横切的方式产生各种形式的针状翅片 Limited by height-to-

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