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散热片的应用

发布时间:2012年04月27日    点击数:

  

东莞佳盛五金专业生产散热片。 散热片的应用方式散热片 的选用, 最简单的方式是利用热阻的概念来设计, 热阻是电子热管理技术中很重要的设计参数, 定义为

R=ΔT / P

其中ΔT 为温度差, P 为晶片 之热消耗。 热阻代表元件热传的难易度, 热阻越大,元件得散热效果越差, 如果热阻越小, 则代表元件越容易散热。 IC 封装加装散热片 之后会使得晶片 产生的热大部分的热向上经由散热片 传递, 由热阻所构成之网路来看, 共包括了由热由晶片 到封装外壳之热阻 Rjc, 热由封装表面到散热片底部经由介面材料到散热片 底部之热阻 Rcs, 以及热由散热片 底部传到大气中之热阻 Rsa 三个部分。

Rjc 为封装本身的特性, 与封装设计有关, 在封装完成后此值就固定, 须由封装设计厂提供。

Rjc=(Tj-Tc) / P

Tj 为晶片 介面温度, 一般在微电子的应用为 115℃~180℃, 而在特定及军事的应用上则为 65~80℃。 Ta 的值在提供外界空气时为 35~45℃, 而在密闭空间或是接近其他热源时则可定为 50~60℃。

Rcs 为介面材料之热阻, 与介面材料本身特性有关, 而散热片 设计者则须提供 Rsa 的参数。

Rcs=(Tc-Ts) / P

Rsa=(Ts-Ta) / P

Rcs 和表面光滑度、介面材料的材料特性以及安装压力以及材料厚度有关,由於一般设计时常会忽略介面材料的特性, 因此需特别注意。 由热阻网路来看,可以得到热阻的关系为

 散热片 的作用即是如何使用适当的散热片 使得晶片 的温度 Tj 保持在设定值以下下。 然而散热设计时必须考虑元件的成本, 图三则为几种传统散热片 及元件的成本和性能估算,性能佳的散热片 成本一般较高, 如果散热量较小的设计, 就可以不必用到高性能高成本的散热元件。 散热设计时必须了解散热片 的制作成本及性能的搭配, 才能使散热片 发挥最大效益。

散热片的材料
传统散热片 材料为铝, 铝的热传导性可达 209W/m-K, 加工特性佳, 成本低,因此应用非常广。 而由於散热片 性能要求越来越高, 因此对於散热片 材料热传导特性的要求也更为殷切, 各种高传导性材料的需求也越来越高。 铜的热传导率 390W/m-K, 比起铝的传导增加 70%, 而缺点是重量三倍於铝, 每磅的价格和铝相同, 而更难加工。 由於受限於高温的成型限制, 无法和铝同样挤型成形, 而铜的机械加工花更多时间, 使加工机具更易损毁。 然而当应用的场合受限於传导特性为重点时, 铜通常可作为替代之用, 此外利用铜做为散热片 的底部可提升热传扩散的效率, 降低热阻值。

AlSiC 是目 前最新的材料, 混合各种铝合金以制成特殊的物理性质, 控制的热膨胀、 高传导性以及显着的强度使得 AlSiC 更有吸引力, 由於成本的关系, 这种材料一般用在底部及作为功率模组底部和晶片 直接接触的基板。

一些增进散热的材料如高导热的 polymer、 碳为基材的化合物, 金属粉沫烧结, 化合的钻石以及石墨等都是目 前受瞩目 的热传导材料。 然而最需要的性质是什麽? 控制的传导性、 高加工性、 低重量、 低热膨胀系数、 低毒性以及更重要的是成本必须低於铝。 许多新材料的物理特性高於铝, 但价格也多了许多倍。

                          
                                                                                                          

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