機(jī)箱散熱器有哪些類型？該如何選擇

作者：蘭洋科技????瀏覽量：5076????時(shí)間：2023年12月12日????標(biāo)簽: 散熱器 cpu散熱器風(fēng)冷散熱器

本文詳細(xì)介紹了最流行的無源散熱器類型、集成、定制，以及如何為您的應(yīng)用選擇正確的制造和翅片類型。

散熱器基礎(chǔ)知識(shí)

散熱器是冷卻電子設(shè)備中最基本的組件之一。對(duì)于任何無法通過自身傳導(dǎo)冷卻進(jìn)行適當(dāng)冷卻并且需要比散熱器更有效的冷卻的熱源，都需要散熱器將熱量從源中移走，并通過更優(yōu)化的傳導(dǎo)或?qū)α飨ⅰ?/p>

散熱器主要由底座和鰭片構(gòu)成。底座通常是與熱源接觸并將熱量從熱點(diǎn)擴(kuò)散到翅片的平面。鰭片可以切割或構(gòu)造成任意數(shù)量的幾何形狀，這些幾何形狀通常垂直于底座以分散熱量。目標(biāo)是優(yōu)化散熱器的表面積，以便傳遞和消散最多的熱量。

除了極少數(shù)例外，散熱器由導(dǎo)熱金屬制成，最常見的是鋁。鋁的導(dǎo)熱系數(shù)為每米 235 瓦/開爾文，重量輕且價(jià)格低廉，非常適合更輕、更具成本效益的散熱器。銅也是一個(gè)受歡迎的選擇。盡管銅更昂貴、更重，但由于其 400 W/mK 的高導(dǎo)熱性，它對(duì)于高性能應(yīng)用來說可能是必需的。

最后，工程師通常將散熱器分為“自然”對(duì)流或“強(qiáng)制”對(duì)流。自然對(duì)流（無源）散熱器可最大限度地增加表面積并在不添加有源組件的情況下傳導(dǎo)熱量。強(qiáng)制對(duì)流（主動(dòng)）散熱器旨在利用風(fēng)扇和鼓風(fēng)機(jī)等組件迫使較冷的空氣穿過翅片，從而產(chǎn)生湍流并提高散熱器的冷卻性能。

1：沖壓板級(jí)

板級(jí)散熱器可以沖壓或擠壓成型。沖壓散熱器由經(jīng)過漸進(jìn)式?jīng)_壓工藝的鈑金制成，其中每個(gè)金屬?zèng)_壓件通過沖壓模具時(shí)都會(huì)添加細(xì)節(jié)和功能。沖壓散熱器幾何形狀專為特定的電子封裝類型而設(shè)計(jì)，以確保在 PCB 上的優(yōu)化配合和功能。這些散熱器可以是被動(dòng)的，也可以是主動(dòng)的，基于添加風(fēng)扇，風(fēng)扇通常用于增加整個(gè)電路板或系統(tǒng)的氣流。

02沖壓板級(jí).jpg

優(yōu)點(diǎn)

低功耗應(yīng)用的理想選擇（0-5W）
快速簡(jiǎn)便組裝的選項(xiàng)
低成本
可擴(kuò)展的大容量
所有包裝類型的目錄選項(xiàng)

缺點(diǎn)

不適用于 5W 以上的應(yīng)用
尺寸限制，不大于50mm
只能在一臺(tái)設(shè)備上使用 - 不能用于冷卻多個(gè)熱源

2：擠壓鋁

擠壓鋁是最受歡迎和最具成本效益的制造方式之一。擠壓散熱器的尺寸因應(yīng)用而異，對(duì)于板級(jí)應(yīng)用較小，對(duì)于中等功率應(yīng)用則更大。它們可以根據(jù)翅片形狀和間距設(shè)計(jì)用于被動(dòng)或主動(dòng)冷卻。板級(jí)擠壓散熱器在 BGA 和 FPGA 等封裝中很常見。

選擇合適的擠壓散熱器很大程度上取決于所需的外形。擠壓散熱器是通過創(chuàng)建一個(gè)型材模具制成的，該模具決定了翅片密度、間距和長(zhǎng)度，以及底座高度和寬度。軟化鋁被推入模具以形成一個(gè)長(zhǎng)棒，稱為原始棒，具有與模具相同的輪廓和尺寸。然后將棒材切割成更小的標(biāo)準(zhǔn)形狀的棒材/矩形或自定義長(zhǎng)度。這些經(jīng)過進(jìn)一步加工和精加工，以創(chuàng)建定制的散熱器。此過程快速、經(jīng)濟(jì)高效且可擴(kuò)展;這就是為什么許多人在尋找解決方案時(shí)首先考慮擠壓散熱器的原因。

03擠壓鋁材.jpg

優(yōu)點(diǎn)

中低功率應(yīng)用的理想選擇
快速且具有成本效益
可擴(kuò)展的大容量
簡(jiǎn)單的定制
一體式結(jié)構(gòu)，熱阻有限

缺點(diǎn)

不適用于高功率應(yīng)用
尺寸限制，尺寸不能大于大約 23 英寸寬、47 英寸長(zhǎng)
較大尺寸的精加工限制

3：車削翅片散熱器

車削是一種由單塊金屬制成的制造材料的加工方法，其中層從底座頂部部分切成薄片。這些層被折疊起來以垂直于底座，并且定期重復(fù)該過程以創(chuàng)建鰭片。一體式結(jié)構(gòu)降低了熱阻，因?yàn)槌崞偷鬃g沒有接縫或材料。該工藝還可實(shí)現(xiàn)高翅片密度和薄翅片幾何形狀，從而實(shí)現(xiàn)更大的散熱器表面積和更高的傳熱。

04車削翅片散熱器.jpg

與擠壓散熱器不同，車削翅片散熱器不依賴于工具和多個(gè)步驟；取而代之的是，它們使用一種切削工具，從而降低工具成本、提高設(shè)計(jì)靈活性和加快原型制作速度。

優(yōu)點(diǎn)

更高效的冷卻和更好的性能
薄翅片和高翅片密度能力
降低模具成本
經(jīng)濟(jì)的銅制造

缺點(diǎn)

不適用于高功率應(yīng)用
尺寸限制
薄鰭可能更脆弱
不利于大批量

4：粘結(jié)翅片和釬焊翅片散熱器

粘結(jié)翅片散熱器是一種兩件式組件，由擠壓或機(jī)加工的底座組成，底座帶有凹槽或槽和翅片，這些凹槽或鰭片與導(dǎo)熱粘合劑（通常為環(huán)氧樹脂或焊接）連接。為了提高結(jié)構(gòu)完整性和熱性能，有時(shí)會(huì)對(duì)這些結(jié)構(gòu)進(jìn)行釬焊以加強(qiáng)熱粘合和機(jī)械粘合。

翅片通常由卷材沖壓或從薄板材切割而成，而底座通常被擠壓、壓鑄或機(jī)加工。底座還可能包括額外的熱集成，例如嵌入式熱管或均熱板，以實(shí)現(xiàn)更高的性能。通過支持更多更長(zhǎng)的翅片和額外的定制，粘結(jié)散熱器以更小的占地面積提供更高的性能和更大的表面積。

05粘合翅片和釬焊翅片.jpg

優(yōu)點(diǎn)

占用空間更小，適用于空間有限的應(yīng)用
高熱性能
適用于強(qiáng)制對(duì)流，對(duì)氣流長(zhǎng)度沒有限制
緊密翅片間距
高鰭片縱橫比
易于集成，設(shè)計(jì)靈活性高
降低模具成本

缺點(diǎn)

不適用于高振動(dòng)或沖擊的應(yīng)用
當(dāng)要求熱阻低于0.01°C/W時(shí)不能使用

5：拉鏈翅片散熱器

拉鏈鰭片堆疊由一系列單獨(dú)的沖壓鈑金鰭片制成，這些鰭片使用互鎖功能折疊和拉鏈在一起。翅片長(zhǎng)度和間隙因沖壓模具而異。翅片可以關(guān)閉以形成翅片管道，也可以根據(jù)應(yīng)用要求保持打開狀態(tài)以實(shí)現(xiàn)多向氣流。翅片堆棧通常焊接、釬焊或環(huán)氧樹脂到散熱器底座或熱管上，以實(shí)現(xiàn)完整的熱組件。頂部和底部鰭片的連接提高了機(jī)械穩(wěn)定性，使散熱器更耐用。拉鏈翅片堆疊具有高度的設(shè)計(jì)靈活性，可用于高度集成的解決方案，采用從嵌入式和運(yùn)輸熱管和均熱板到風(fēng)扇和大型系統(tǒng)的一系列技術(shù)。

拉鏈翅片散熱器.webp.jpg

優(yōu)點(diǎn)

高熱性能
強(qiáng)制對(duì)流的理想選擇
易于集成，設(shè)計(jì)靈活性高
降低模具成本
重量更輕
可用于提高熱管效率
提高機(jī)械完整性

缺點(diǎn)

低熱阻要求的一些限制

6：折疊鰭

折疊鰭片是通過將金屬板通過折疊過程來構(gòu)造的，以創(chuàng)建具有更大表面積的各種幾何形狀。盡管這些翅片可用于一系列技術(shù)，包括液體冷板;它們通常被粘合或釬焊到底座上以形成散熱器。

優(yōu)點(diǎn)

增加表面積和翅片效率
高熱通量密度
更多材料選擇
重量輕

缺點(diǎn)

當(dāng)空氣直接通過管道輸送到散熱器時(shí)最好
可能產(chǎn)生更高的成本

7：壓鑄散熱器

壓鑄散熱器是一體式結(jié)構(gòu)。它們主要針對(duì)重量敏感、需要卓越表面質(zhì)量或具有高度復(fù)雜幾何形狀的應(yīng)用進(jìn)行大批量生產(chǎn)。這些解決方案是通過將導(dǎo)熱合金倒入近凈形狀的定制模具中，然后進(jìn)行輕微加工和精加工以獲得最終產(chǎn)品。