散热器的设计与选择

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1、散热器的设计与选择散热器的设计与选择 发布时间：2011-3-24 10:39:57字体：【大】【中】【小】浏览次数：138 次高效能的散热=热传系数 X 散热面积 X 温度差 热传系数：材料性质，几何形状，流场状况(层流，紊流)散热面积：制造加工方式，几何形状温度差：几何形状，流场状况散热材质的选用：散热片设计重点：总体散热表面积(P/h*(Ti-Tj),基本60 平方厘米/W)材料(铝挤 AL6063，压铸 ADC12,finAA1050)底板厚度(一般需4mm， T=7xlogW-6 (min 2mm) )鳍片形状鳍片厚度(铝挤 0.52mm,压铸 14mm,fin0.20.5mm)鳍片

2、间距(38mm)鳍片长度(铝挤100mm,理论上散热鳍片的厚度 t 和长度 h 之比不能超过 1：18)鳍片/底板之结合材料(焊接，铆合) 结构的设计(易于空气上下自然对流的散热结构)结构的设计(一体化降低灯具系统热阻)尽量将散热有关的结构件(散热器与外壳等金属部件)设计成一体化，有利于减小系统热阻。 例：在散热器上直接开焊盘，这样可以降低灯具的系统热阻。同时也可省去铝基板及铝基板与散热器之间使用的导热硅胶，从而降低系统热阻。其他利于散热的小设计：1.热源与散热器的大接触面设计;2.灌胶，作用：散热绝缘固定;3.空隙部位导热膏的灵活运用;6.参考某些比较成熟的高功率产品散热设计技巧，例如 CP

3、U 的散热器设计，减小 PCB 与散热器的接触面粗糙度;7.散热设计的同时需兼顾结构。当前当前 LEDLED 主要散热技术主要散热技术其他新型散热技术其他新型散热技术 发布时间：2011-3-24 10:48:31字体：【大】【中】【小】浏览次数：145 次1 1、 SynJetSynJet 替代风扇替代风扇 应用到 LED 照明散热上面，SynJet 的大致原理是一个类似振动膜的元件以一定频率振动压缩腔内的空气，空气受压缩后从细小的喷嘴高速喷出，形成空气弹喷向散热片，同时空气弹带动散热片周围的空气流动带走热量。据介绍，该技术原先用于芯片的散热，LED照明兴起之后，被用于替代硕大的风扇。相对于

4、风扇来说，SynJet 散热模组有以下几个特点： 功耗比风扇低：SynJet 散热模组主要的耗能部分是一个驱动模块，振动膜，相对风扇的电机部分功耗要低。据介绍，以 10W MR16 为例，长时间点亮后，LED 焊接处温度约为50;15W Par20，约为 55-60。体积小、质量轻：由于 SynJet 散热模组的特殊结构，所以可以做到比较小的体积，可以用在一些无法安装风扇的筒灯中。小尺寸，良好的散热可以使小尺寸的 LED 灯具实现较大功率和亮度。低噪音：风扇的电机在转动是不可避免的产生噪音，如果是用在室内照明，夜深人静时这样的噪音会比较明显。SynJet 散热模组的振动膜在人耳不敏感的频率下振

5、动，噪音很小，甚至感觉不到噪音。据介绍，SynJet 散热模组有三组频率可调。寿命长：SynJet 散热模组结构简单，寿命可达 10 万小时，而风扇通常只有 5000 小时，对于长寿命著称的 LED 灯来讲，5000 显然有点拖后腿。在应用 SynJet 散热模组时，有一点要特别注意的就是整个灯杯要有开口，保障内部空气可与外界交换，否则 SynJet 的散热效果会打折扣。2 2、 均热板技术均热板技术热能有个规律，它会往热阻值低的地方传递。如果热量无法通过散热介质传导出去，它就会传递到 PCB 上，长时间运行会导致 PCB 过热变形、损坏。因此，满载做功时单位面积内的巨大热能是一个显卡最难克服

6、的散热问题。下面是目前几种传统散热方式在热传密度上的横向比较：一个 50cm2， 6mm 厚的真空均温板 Heat Flux 热传密度可达 115W/cm2，是铜热管的 10倍以上，Vapor Chamber 真空腔均热板比纯铜基板具有更好的热扩散性能，特别适合于大功率的 CPU、GPU 的使用。如图所示，为真空腔均热板散热过程示意图，芯片产生热能通过大面积均热板迅速吸收和传导，使封装的介质开始由液体转化为气体，通过蒸发区将热能带出。气态介质膨胀至整个真空腔，将带出的热能迅速传导到整个封装的铜内腔体中并传导到铝鳍片上。铝鳍片的热能经过风扇强制对流冷却后， 使工质失去热能冷却，变化为液态通过内腔

7、管壁毛细作用，然后回流到底部蒸发区，又吸收到新的热能，并再度气化将热带出， 形成一个循环。 总结起来，真空均热板优势有：总结起来，真空均热板优势有：一.均热板的阻抗为业界中最低之一 ，将 300W 应用于 25mmx25mm 时的测量值为 0.05C/W二.尺寸外型非常灵活,均热板面积可达 200 mm x 200 mm三.克服了方向性限制,全面提升了电子组件/系统的效能3、 自激式振荡流热管/环路热管它们作为传统热管技术的延伸，也是依靠液体相变实现换热的，传热能力较烧结热管提高20-30%，具有传热效率高、结构简单、成本低、适应性好、热输运距离远等特点，是解决大功率 LED 灯散热问题最为有

8、效的解决方案。4 4、 离子风散热技术离子风散热技术 Tessera 把这套系统命名为 EHD(ElectroHydroDynamic 电子液动力)散热，其概念实际上相当简单，基于正负电子中和的原理，由一对电极的一端产生正电离子，飞向另一端的负电离子，便能带动空气形成稳定气流，即“离子风”带走热量，在完全没有活动部件的情况下实现了静音散热。离子风的散热技术，与现在的散热技术相比，这种新的散热技术可以提升 250%的散热效率。采用这种技术的离子风引擎两端各有一个高电压电极，电极之间的电压差高达数千伏，在这种情况下，空气中的气体分子实现离子化就产生了离子风， 这种离子风可以高效的带走芯片所产生的热

9、量。这种离子风引擎可以安装在需要散热的芯片上，这样无需风扇就可以起到强大的散热作用，并且其散热效率远高于目前的散热产品。 如果普通散热器可以将温度降到 60C 的话，这种离子风散热引擎可以将温度降至 35C 。在热管的帮助下，离子风引擎散热效果与现在的散热技术相比可以提升 250%。目前相关技术人员正在努力使离子风技术支持低电压运行环境。5 5、 PDCPDC 热处理材料热处理材料PDC(polycrystalline diamond composite)即聚晶金刚石复合片,是聚晶金刚石(polycrystallin diamond,PCD)和硬质合金底层形成的一种复合材料.它既有 PCD 的

10、高硬度又有一定的韧性和抗冲击性能,是一种重要的超硬刀具材料。PDC 的产品属被动式非金属散热材料 Passive Dimensional Dissipation material (简称 PDD)，并将导热及散热的功能结合，成为最佳热处理解决方案。 有 Coating PDC 材料的散热片，其散热效果与 Coating ITRI(奈米碳球)的散热性能相当。6 6、 纳米碳球应用于辐射散热技术纳米碳球应用于辐射散热技术受限于节能与产品轻薄短小之需求，非主动散热日益受重视，应用辐射红外线的涂料散热方式是目前相当热门的研究领域，特别是应用于高功率 LED 与太阳电池等产品，其散热好坏会直接反应在产品

11、效能上，并且为了节能减碳的诉求，这类产品通常不会加装风扇散热。一般导热材必须有高的 Loading ，藉由填充粒子间的界面接触传导热，因此界面阻抗成为主要的热能传递障碍。碳簇材料(黑体)辐射冷却效果佳。在相同温度(90C)下，以红外线摄相仪观测，有涂装的很火红(辐射发射率达 98%)，并且明显降温速度较快，显示涂层具辐射冷却效果。将此应用于单颗 5WLED 台灯制品， LED 温度可由 75.1C 降至 50.8C，亮度增加 30% 且寿命可大幅提升(图六)。辐射散热的效果常随散热鳍片之设计而略有不同，一般来说，涂装纳米碳球之鳍片可较相同形状未涂装样品降温达 6C 以上。因应节能与非主动散热需

12、求，产品可藉简易的涂布技术应用于铝鳍片散热、LED 照明、车灯、工业计算机、太阳能电池散热、随身装置、游戏机等应用产品。相关产品市场产值大，目前成果已商品化应用于 LED 台灯产品。一次导热材料及二次散热材料介绍与应用一次导热材料及二次散热材料介绍与应用 发布时间：2011-3-24 10:28:52字体：【大】【中】【小】浏览次数：52 次一次导热材料介绍与应用一次导热材料介绍与应用材料名称材料名称优点优点缺点缺点FR4FR4 板板1. 成本低廉,制作容易；2.无需考虑绝缘层特性1.不适用散热片带电极之 LED 设计2.需将穿孔填锡,增加制程工序3.需加厚铜箔层以增加热传导效率铝基板铝基板1

13、. 一般接受度高2.硬度较 FR4 高,与二次端热传导性较佳3.电气绝缘性高于 FR41.价格较 FR4 高2.较无法在基板上置放其它电子组件3.绝缘层热导特性不易掌握铜基板铜基板1.热导特性远高于铝基板 2.比热值低,较易拉升传导温度3.具有铝基板相同优点1.成本高,一般设计无法适用2.具有铝基板相同缺点共金板共金板1.传导中心无阻绝,热导效率佳2.可适用于大功率多晶 LED 之基板应用1.不适用散热片带电极之 LED 设计2.成本过高,不适用于 15W 功率之应用3.开模成本高复合材料板复合材料板1. 热导系数最高,可达 500W/mK2.斥热性高,不留热能于本体1.生产制造不易,加工程序

14、困难2.材料稳定性差,有常时间使用之疑虑3.成本过高,难以商业化量产二次散热材料介绍与应用二次散热材料介绍与应用铝材铝材- -挤型挤型( (拉升拉升) )1. 热导系数高,传热速度快2.模具成本低,且长度可任意切割3.加工制作容易1.硬度/钢性较不足2.外观较无变化,美学设计不易3.鳍片散热,较易造成灰尘堆积铝材铝材- -压铸压铸1. 外型可任意变化,美化外观2.可大量快速生产1.模具设计开发成本高2.热导系数低,不利热能散逸涂布材料涂布材料1.可增加外壳热散逸能力2.可减缓金属外壳氧化3.可美化外观1.增加成本2.增加系统热阻3.增加加工工艺接面材料介绍接面材料介绍导热膏导热膏1. 成本低廉

15、,使用容易2.无特定加工工艺1.不易均匀涂布,易形成气泡2.产品长时间稳定性不佳,易固化,且固化后形成热阻隔硅胶垫硅胶垫1.长时间耐温性能佳,可耐温 125200C2.温度越高,热传导性越佳3.具弹性特质,不易形成气泡1.成本高,增加产品成本2.厚度较高,一般在 0.3mm 以上热相变硅胶垫热相变硅胶垫1. 具有一般硅胶垫的产品优势2.在高温时硅胶会软化以增加填缝效果及增加热导效率1.不易后制加工,且无法二次使用2.成伴随高功率伴随高功率 LEDLED 的未来散热基板发展趋势的未来散热基板发展趋势 发布时间：2010-12-24 11:07:19字体：【大】【中】【小】浏览次数：27 次LED

16、 产业目前的发展也是以高功率、高亮度、小尺寸 LED 产品为发展重点，前述 3 项因素，都会使得 LED 的散热效率要求越来越高，但是 LED 限于封装尺寸等因素，无法采用太多主动散热机制，因此，提供具有其高散热性，精密尺寸的散热基板，也成为未来在 LED散热基板发展的趋势。 散热基板随着线路设计、LED 种类及功率大小有不同的设计，而产品的可靠性与价格是决定散热设计最重要的规范。散热基板主要的功能是提供 LED 所需要的电源及热传递的媒介，好的 LED 散热板是能够把 80%-90%的热传递出去，这样的散热基板就是好的基板。传统 LED 由于 LED 发热量不大，散热问题不严重，因此只要运用一般的铜箔印刷电路板（PCB）即可。但随着高功率 LED 越来越盛行 PCB 已不足以应付散热需求。因此需在将印刷电路板贴附在金属板上，即所谓的 Metal Core PCB（见下图），以改善其传热路径。另外也有一种做法直接在铝基板表面直接作绝缘层或称介电层，再在介电层表面作电路层，如此 LED 模块即可直接将导线接