散热器的吸热设计

　　散热片的吸热效果主要取决于散热片与发热物体接触部分的吸热底设计。性能优秀的散热片，其吸热底应满足四个要求：吸热快、储热多、热阻小、去热快。　　吸热快，即吸热底与发热设备间热阻小，可以迅速的吸收其产生的热量。　　为了达到这种效果，就要求吸热底与发热设备结合尽量紧密，令金属材料与发热设备直接接触，最好能够不留任何空隙。　　储热多，即在去热不良的状态下，可以吸收较多的热量而自身温度升高较少。　　提出此要求的目的是为了应付发热设备功率突然提升，或风扇停转等散热器性能突然丧失的状况。众所周知， http://www.fpcban.com/贴片功率电感CPU 、显示核心等高速半导体芯片在满负荷工作时所产生的热量较闲置状态下大幅增加；散热器失效时，发热设备所产生的热量无法及时散失，情况更是危险。此类状况中，如果散热片吸热底没有一定的储热能力作为热量的缓冲，散热片与发热设备本身的温度都会迅速升高，轻则由于温度的迅速变化加快设备老化，重则未能及时发动过温保护机制导致设备烧毁。因此，散热片的储热能力就是其抑制发热设备温度激增的能力，对散热效果并没有直接的影响。　　热阻小，即传导相同功率热量时，吸热底与发热设备及鳍片两个介面间的温差小。 www ．可靠性 .com　　散热片的整体热阻就是由与发热设备的接触面开始逐层累计而来，吸热底内部的热传导阻抗是其中不可忽视的一部分。由于计算机风冷散热器所针对的发热设备通常体积较小，为了将吸收的热量有效地传导到尽量多的鳍片上，因此还需要吸热底有较好的横向热传导能力。　　去热快，即能够将从发热设备吸收的热量迅速的传导到鳍片部分，进而散失。　　吸热底与鳍片部分间的结合情况，即结合面积与热传导的介面阻抗，对能否达成此要求起着决定性的作用。　　既然已经提出要求，在设计方面应该采取哪些措施来满足它们呢？　　 1. 为了提升吸热能力，希望散热片与发热设备紧密结合，不留任何空隙，可惜这是无法实现的。吸热底与发热设备之间必然存在一定的空隙，如果空隙中是高热阻的空气，必然无法得到良好的导热效果，因此，应采用具有较低热阻及较佳适应性的材料填充其中的空隙，这便是导热膏的用武之地。但导热膏的热阻始终要高于加工散热片的金属材料，使用它只是权宜之计，并非真正的解决之道，要想根本上提高散热片吸热底的吸热能力，就必须提高其底面平整度。平整度是通过表面最大落差高度来衡量的，通常散热片的底部稍经处理即可达到 0.1mm 以下，采用铣床或多道拉丝处理可以达到 0.03mm ，而 CNC 铣床或研磨则可以达到更好的效果，我们将在后文进行具体介绍。总之，散热片的吸热底越平整，越有利于热量吸收，但由于无法做到完美，涂抹导热膏成为了安装散热器的必须步骤。　　 2. 为了满足储热的要求，就需要利用各种物质的一项重要特性 —— 比热容。以散热片常用材质铜、铝而言，铜的比热容为 385J/kg*K ，铝的比热容（由于配方材料所占成分比例很少，铝合金的比热容与纯铝并无太大差距）则为 903 J/kg*K ，即令 1kg 的铜温度升高 1K 需要吸收 385J 的热量，而令 1kg 铝温度升高 1K 则需要吸收 903J 的热量。那么是否采用铝质吸热底的散热片可以获得更好的储热效果呢？并非如此！因为具体物体的储热能力还决定于其质量，具体到散热片的吸热底，相同体积下，就决定于材质密度 —— 铜的密度为 8933 kg/m^3 ，铝的密度为 2702 kg/m^3 。不妨依下述公式计算一下铜与铝的体积比热容：　　 Cv ＝ ρ x Cm　　铜的体积比热容＝ 8933 kg/m^3 x 385J/kg*K≈3.44 x 10^6 J/ m^3*K　　铝的体积比热容＝ 2702 kg/m^3 x 903J/kg*K≈2.44 x 10^6 J/ m^3*K　　结果很清楚了，相同体积的铜与铝材（包括各种铝合金），发生相同的温度变化时，铜可以比铝多吸收约 40 ％的热量，即可以更好的抑制发热设备温度的激增。这正是中高端散热器即便不采用全铜设计，也要采用铜铝结合的吸热底设计的原因。

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