電子散熱器簡(jiǎn)介

電子散熱器通常是針對(duì)大功率電子元器件散熱的散熱片，沒(méi)有外加電源，自然冷卻，大多數(shù)都是制成鋁合金型材，根據(jù)元器件大小切斷成需要的尺寸，例如大功率開(kāi)關(guān)管或三極管的散熱片。當(dāng)然特殊情況下超大功率的電子元件也有帶散熱風(fēng)扇的，例如開(kāi)關(guān)電源的開(kāi)關(guān)管就必須加裝散熱風(fēng)扇。

散熱器種類沒(méi)有嚴(yán)格的定義，也沒(méi)有嚴(yán)格的分類方法。通常根據(jù)散熱器加工方法、冷卻方法、專業(yè)用途、使用材料、使用功率、散熱器特點(diǎn)等分類。

(1) 按加工方法分。有插指形散熱器(板料沖壓成型)、型材散熱器(擠壓成型材)、插片散熱器、鑄造散熱器等。

(2) 按冷卻方法分。有自然冷卻散熱器、風(fēng)冷散熱器、液冷散熱器(水冷散熱器、油冷散熱器)、冷板散熱器、熱管散熱器等。

(3) 按專業(yè)用途分。有功率器件散熱器、模塊用散熱器、電阻散熱器、變頻散熱器、機(jī)箱一體化散熱器、電機(jī)機(jī)殼一體化散熱器、電焊機(jī)散熱器、電源散熱器、顯卡散熱器、IT散熱器等。

(4) 按使用材料分。有鋁散熱器、銅散熱器、鋼散熱器。

(5) 按使用功率分。有小功率散熱器、中功率散熱器、大功率散熱器。

(6) 按散熱器特點(diǎn)分。有西竹散熱器(兩高肋片中間加短肋片，高、短肋片均有小齒，散熱面積大，模具費(fèi)高)、密齒型材散熱器(齒密、齒高、散熱面積大，模具加工難度大、模具費(fèi)高、適用于大功率風(fēng)冷)、組合散熱器(由兩個(gè)零件或兩個(gè)零件以上通過(guò)機(jī)械或?qū)Ｓ玫募庸し椒ǘ鴺?gòu)成的散熱器，如型材組合散熱器等)。

散熱器的最后成交價(jià)格與所選散熱器的規(guī)格型號(hào)、數(shù)量、交貨方式、付款方式有關(guān)，有一點(diǎn)需要用戶特別注意鋁散熱器通常采用純鋁或6063合金來(lái)制造，這兩種材質(zhì)都有很好的導(dǎo)熱性與之相比雜鋁的導(dǎo)熱性則差數(shù)倍;(其導(dǎo)熱系數(shù)請(qǐng)見(jiàn)【相關(guān)數(shù)據(jù)】)由于散熱器成本一半以上是材料費(fèi)，雜鋁的價(jià)格是低廉的;因此對(duì)特別便宜的散熱器，購(gòu)買時(shí)要考慮因材質(zhì)造成的散熱性能的損失。

首先確定要散熱的電子元器件，明確其工作參數(shù)，工作條件，尺寸大小，安裝方式，選擇散熱器的底板大小比元器件安裝面略大一些即可，因?yàn)榘惭b空間的限制，散熱器主要依靠與空氣對(duì)流來(lái)散熱，超出與元器件接觸面的散熱器，其散熱效果隨與元器件距離的增加而遞減。對(duì)于單肋散熱器，如果所需散熱器的寬度在表中空缺，可選擇兩倍或三倍寬度的散熱器截?cái)嗉纯伞?/p>

關(guān)于散熱器選擇的計(jì)算方法

散熱計(jì)算公式:

Rtf =(Tj-Ta)/Pc - Rtj -Rtc

散熱器熱阻Rff 是選擇散熱器的主要依據(jù)。Tj 和Rtj 是半導(dǎo)體器件提供的參數(shù)，Pc是設(shè)計(jì)要求的參數(shù)，Rtc 可從熱設(shè)計(jì)專業(yè)書籍中查表。

(1) 計(jì)算總熱阻Rt:Rt= (Tjmax-Ta)/Pc

(2) 計(jì)算散熱器熱阻Rtf 或溫升ΔTfa:Rtf = Rt-Rtj-Rtc ΔTfa=Rtf×Pc

(3)確定散熱器:按照散熱器的工作條件(自然冷卻或強(qiáng)迫風(fēng)冷)，根據(jù)Rtf 或ΔTfa和 Pc 選擇散熱器，查所選散熱器的散熱曲線(Rtf 曲線或ΔTfa線)，曲線上查出的值小于計(jì)算值時(shí)，就找到了合適的散熱器。

對(duì)于型材散熱器，當(dāng)無(wú)法找到熱阻曲線或溫升曲線時(shí)，可以按以下方法確定:

按上述公式求出散熱器溫升ΔTfa，然后計(jì)算散熱器的綜合換熱系數(shù)α:

α=7.2ψ1ψ2ψ3{√√ [(Tf-Ta)/20]}

式中:

ψ1─── 描寫散熱器L/b對(duì)α的影響，(L為散熱器的長(zhǎng)度，b為兩肋片的間距);

ψ2─── 描寫散熱器h/b對(duì)α的影響，(h為散熱器肋片的高度);

ψ3─── 描寫散熱器寬度尺寸W增加時(shí)對(duì)α的影響;

√√ [(Tf-Ta)/20]───描寫散熱器表面最高溫度對(duì)周圍環(huán)境的溫升對(duì)α的影響;

以上參數(shù)可以查表得到。

計(jì)算兩肋片間的表面所散的功率q0

q0 =α×ΔTfa×(2h+b)×L

根據(jù)單面帶肋或雙面帶肋散熱器的肋片數(shù)n,計(jì)算散熱功率Pc′

單面肋片:Pc′=nq0

雙面肋片:Pc′=2nq0

若Pc′ >Pc 時(shí)則能滿足要求。

參數(shù)定義:

Rt─── 總內(nèi)阻，℃/W;

Rtj─── 半導(dǎo)體器件內(nèi)熱阻，℃/W;

Rtc─── 半導(dǎo)體器件與散熱器界面間的界面熱阻，℃/W;

Rtf─── 散熱器熱阻，℃/W;

Tj─── 半導(dǎo)體器件結(jié)溫，℃;

Tc─── 半導(dǎo)體器件殼溫，℃;

Tf─── 散熱器溫度，℃;

Ta─── 環(huán)境溫度，℃;

Pc─── 半導(dǎo)體器件使用功率，W;

ΔTfa ─── 散熱器溫升，℃;

電子散熱器是一種加快發(fā)熱體熱量散發(fā)的裝置，衡量一個(gè)散熱器的好壞有兩點(diǎn):散熱和靜音。計(jì)算機(jī)部件中大量使用集成電路。眾所周知，高溫是集成電路的大敵。高溫不但會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)，使用壽命縮短，甚至有可能使某些部件燒毀。導(dǎo)致高溫的熱量不是來(lái)自計(jì)算機(jī)外，而是計(jì)算機(jī)內(nèi)部，或者說(shuō)是集成電路內(nèi)部。電子散熱器的作用就是將這些熱量吸收，然后發(fā)散到機(jī)箱內(nèi)或者機(jī)箱外，保證計(jì)算機(jī)部件的溫度正常。多數(shù)散熱器通過(guò)和發(fā)熱部件表面接觸，吸收熱量，再通過(guò)各種方法將熱量傳遞到遠(yuǎn)處，比如機(jī)箱內(nèi)的空氣中，然后機(jī)箱將這些熱空氣傳到機(jī)箱外，完成計(jì)算機(jī)的散熱。

1.1散熱體表面應(yīng)無(wú)縮孔、銹蝕、裂紋等缺陷;

1.2平板形散熱器的金屬緊固件(壓板、壓蓋、碟形彈簧)、水冷散熱體的導(dǎo)電片應(yīng)加鍍層保護(hù);

1.3散熱體臺(tái)面的表面粗糙度Ra最大允許值為3.2，m;

1.4散熱體臺(tái)面的平面度不低于9級(jí);

1.5用于濕熱帶電力半導(dǎo)體器件的散熱器(包括散熱體、緊固件和絕緣件)，表面應(yīng)經(jīng)防護(hù)處理，其耐潮濕、耐鹽霧和耐霉菌的能力應(yīng)符合相應(yīng)的熱帶電力半導(dǎo)體器件標(biāo)準(zhǔn);

1.6散熱器專用的緊固件和絕緣件應(yīng)符合GBB446.3(電力半導(dǎo)體器件用散熱器絕緣件和緊固件》

1.7散熱器與電力半導(dǎo)體安裝的緊固力矩或緊固壓力應(yīng)符合器件產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)定;

1.8平板形散熱體臺(tái)面的安裝中心定位銷尺寸:直徑中2.5mm，高出臺(tái)面lmmo

2.1對(duì)冷卻水的水質(zhì)應(yīng)有一定要求循環(huán)水的電阻率應(yīng)不低于2.5Ki2 , PH值在6}9之間;進(jìn)口水溫度不高于35℃、水流量為4一8L/min;

2.2當(dāng)用于高電壓或較高電壓器件時(shí)，必須確保上述水質(zhì)的要求或更高水質(zhì)的要求;

2.3水冷散熱器在工作時(shí)，應(yīng)特別注意防漏水、防堵塞、防凝露。

2.4風(fēng)冷散熱器安裝時(shí)，散熱器葉片應(yīng)沿冷卻風(fēng)氣流方向;進(jìn)口空氣溫度不高于400C、進(jìn)口端風(fēng)速為4 - 6mls;

2.5由于風(fēng)冷散熱器具有風(fēng)阻參數(shù)的特點(diǎn)，選用整機(jī)中的散熱器時(shí)，應(yīng)根據(jù)負(fù)載要求和風(fēng)機(jī)能力，查散熱器熱阻、流阻與風(fēng)速的關(guān)系曲線，綜合考慮散熱器熱阻和風(fēng)阻兩個(gè)參數(shù)。

市場(chǎng)上出現(xiàn)了大量?jī)r(jià)低質(zhì)次的劣質(zhì)散熱器，這種散熱器無(wú)論從散熱體材質(zhì)、加工要求、部件質(zhì)量等方面都與國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定有較大差距，在使用中對(duì)器件的壽命和整機(jī)質(zhì)量有較大影響。用戶在選用時(shí)可從以下方面加以鑒別:

3.1材質(zhì)(純度、厚度、加工精度等)和制造工藝(鑄造產(chǎn)生的裂紋、縮孔等)的好壞，低劣的材質(zhì)及粗糙有缺陷的工藝，將直接引響散熱器的導(dǎo)熱系數(shù);

3.2散熱器接觸臺(tái)面的表面粗糙度和平面度，直接影響接觸熱阻及壓降;

3.3散熱器用碟型彈簧，應(yīng)保證經(jīng)24小時(shí)壓平后，自由高度應(yīng)穩(wěn)定，否則使用一段時(shí)間后彈簧可能失效，將導(dǎo)致散熱器與管芯的接觸不良。

在安裝散熱器時(shí)，需要很大的壓力或力矩。由于散熱體臺(tái)面的直徑大于管芯的直徑，在此壓力或力矩的作用下，散熱體臺(tái)面必然會(huì)變形。如果再將相同直徑或更大直徑的管芯，裝在散熱器上，則導(dǎo)致臺(tái)面與管芯表面之間的接觸狀況不良，從而不能保證良好的散熱效果。

如果用戶需要重復(fù)使用散熱器，則一定要保證散熱體臺(tái)面的表面粗糙度、平行度和平面度滿足要求，否則在運(yùn)行中極易因過(guò)熱而損壞器件。尤其是水冷系列散熱器，在重復(fù)使用前，一定要仔細(xì)檢查其臺(tái)面變形情況，如有明顯下陷現(xiàn)象，則應(yīng)更換。

為了保證良好的散熱條件，每只管芯應(yīng)具有相應(yīng)的散熱器匹配。

濕熱季節(jié)，水冷散熱器容易出現(xiàn)凝露現(xiàn)象，如果不加注意，極容易引起設(shè)備絕緣下降引發(fā)短路故障。對(duì)多數(shù)使用環(huán)境來(lái)說(shuō)，需要注意以下事項(xiàng)以防止凝露。

5.1在濕熱季節(jié)，注意環(huán)境溫度與冷卻水溫差不小于5℃;

5.2停電時(shí)，應(yīng)在關(guān)閉閘刀后隨即停水;啟動(dòng)時(shí)，應(yīng)在通水后隨即合閘，分合閘操作與斷通水操作緊緊相連，順序不可顛倒。

當(dāng)器件工作于6KHz以上的電流頻率下時(shí)，應(yīng)考慮散熱器本身緊固螺桿、壓蓋等部件的發(fā)熱效應(yīng)，用戶在安裝布置器件時(shí)，應(yīng)注意避免使上述部件處于感應(yīng)加熱效應(yīng)強(qiáng)烈的位置;必要時(shí)，可考慮采用不銹鋼材料。

鋼管型散熱器在歐洲問(wèn)世后，就以其尊貴典雅、豐富多彩的面貌風(fēng)靡世界。1998年，建設(shè)部和中國(guó)建設(shè)機(jī)械總公司率先將歐洲森德鋼管散熱器引進(jìn)中國(guó)，其精湛工藝、高檔品質(zhì)、華麗外表和昂貴價(jià)格，令商家和消費(fèi)者用戶耳目一新，受到了萬(wàn)千大眾的喜愛(ài)和美譽(yù)。現(xiàn)在此類產(chǎn)品已經(jīng)成為散熱器市場(chǎng)最暢銷的產(chǎn)品之一，建設(shè)部專門為該類產(chǎn)品制定了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。于是鋼管散熱器成為國(guó)家建設(shè)部提倡推廣的主打散熱器產(chǎn)品，也是目前我國(guó)市場(chǎng)占有率最高的散熱器。

經(jīng)過(guò)數(shù)年的實(shí)際使用，人們發(fā)現(xiàn)鋼管散熱器的美中不足，就是鋼管型散熱器安裝使用一段時(shí)間以后，容易在焊縫處出現(xiàn)滲漏水的問(wèn)題。專家們?cè)谧屑?xì)分析之后發(fā)現(xiàn)有兩個(gè)主要原因:第一客觀因素，這種引進(jìn)產(chǎn)品不完全符合中國(guó)國(guó)情，我國(guó)目前的供暖運(yùn)行管理還很不規(guī)范，供暖水質(zhì)也不好，水的含氧量較高，容易氧化腐蝕鋼鐵;第二主觀因素，這種引進(jìn)產(chǎn)品是由薄型鋼板通過(guò)卷壓焊接工藝而成型的，焊點(diǎn)太多，焊縫太長(zhǎng)。①片頭(即分水器)是由兩塊薄型鋼板分別卷壓再焊接成型的，自然形成片頭一周的焊縫，包括片頭最頂端易積水處的焊縫;②立管是由薄型鋼板卷成管狀，用焊接的方法將縫焊牢形成鋼管;③再把立管和片頭焊接成型為散熱器的單片;④散熱器單片之間的連接也是焊接的，最后才形成成組的散熱器。在供暖期間，往往不是滿水運(yùn)行，上部片頭會(huì)出現(xiàn)空氣層;在停止供暖后水放空，底部片頭處會(huì)有殘留水很難排凈;所以上下片頭的焊縫處是最容易受腐蝕的。由此看出是鋼管型散熱器的焊接制造工藝導(dǎo)致了焊點(diǎn)多和焊縫長(zhǎng)。為了防止散熱器的腐蝕漏水，廠家們紛紛研究各種補(bǔ)救措施，比如在鋼管散熱器內(nèi)部使用各種涂料防腐，在散熱器中加鎂棒陽(yáng)板保護(hù)防腐等等，都不能從根本上解決腐蝕漏水的問(wèn)題。使原本能主動(dòng)防腐的散熱器變成了被動(dòng)防腐。

建設(shè)部散熱器行業(yè)專家們?cè)?jīng)引進(jìn)當(dāng)時(shí)最先進(jìn)的歐洲鋼管散熱器，今天上海一力供暖設(shè)備有限公司會(huì)同這批專家獨(dú)辟蹊徑，從制造工藝上下工夫，推出龍?zhí)古凭荑T鋼散熱器，它是針對(duì)原引進(jìn)產(chǎn)品焊點(diǎn)多焊縫長(zhǎng)易腐蝕等質(zhì)量缺陷進(jìn)行的重大改進(jìn)。主要表現(xiàn)在:使用的鋼材材質(zhì)不同，鋼材厚度不同，制造工藝不同，焊點(diǎn)焊縫的數(shù)量不同，其結(jié)果是抗腐蝕能力更強(qiáng)。具體的說(shuō)，原引進(jìn)產(chǎn)品片頭是由兩片各1.5mm厚的鋼板分別壓制成型后經(jīng)焊接完成的，自然形成片頭一周的焊縫，包括片頭最頂端易積水處的焊縫;立管用1.25mm的鋼板卷成圓柱型，經(jīng)焊接成鋼管;再把立管和片頭焊接成型為散熱器的單片;最后片與片之間再焊接成型，組成完整的暖氣片。而新產(chǎn)品首先將焊接成型的片頭改為一次鑄造成型的精密鑄鋼，其材質(zhì)是壁厚2.7mm的稀土改性鑄鋼;其次把焊接成型的有縫鋼管改為壁厚1.5mm優(yōu)質(zhì)低碳無(wú)縫鋼管;再將片頭與無(wú)縫鋼管兩者對(duì)合，用自動(dòng)閃光焊機(jī)加壓一次焊接成型為暖氣片;最后再將片與片的焊縫連接改為羅紋絲扣連接，構(gòu)成成組的完整的散熱器。

這種新的制造工藝，使易腐蝕的焊點(diǎn)焊縫總長(zhǎng)度減少了95%---98%，尤其是最易積水的散熱器兩端的片頭改為精密鑄鋼，這就從根本上避免了鋼管散熱器焊縫多、焊縫長(zhǎng)的質(zhì)量缺陷，從根本解決了鋼制散熱器易腐蝕易漏水的問(wèn)題。精密鑄鋼散熱器即保留了鋼管散熱器所有的(輕質(zhì)、高壓、高熱、節(jié)能、環(huán)保、外型美觀等)特點(diǎn)，又融合了鑄鐵散熱器的長(zhǎng)處，同時(shí)還選用更優(yōu)良、更耐腐的相當(dāng)于20鍋爐鋼的鋼材作為原材料。它徹底的屏棄了國(guó)內(nèi)普遍使用的散熱器內(nèi)涂料防腐的方法，而直接選用一次鑄造成型的精密鑄鋼來(lái)抗腐防漏，成倍的增加了抗腐防漏的年限。不僅如此，它比同行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的散熱量高出10%--30%、抗壓力提高20%，鋼材厚度增加20%--80%，還有節(jié)能環(huán)保等方面的諸多特性。它即保留了鋼管散熱器的輕質(zhì)、高壓、高熱、節(jié)能、環(huán)保、外型美觀等優(yōu)點(diǎn)，又融合了鑄鐵散熱器的諸多長(zhǎng)處，是一種脫胎換骨的創(chuàng)新性的產(chǎn)品，自此鋼制散熱器將進(jìn)入第二代的發(fā)展進(jìn)程。新產(chǎn)品優(yōu)質(zhì)鋼材的使用，壁厚的增加，焊點(diǎn)焊縫極大的減少，使新產(chǎn)品相對(duì)于原引進(jìn)產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，大量減少了易腐蝕的部位。經(jīng)中國(guó)科技大學(xué)檢測(cè)，可承受20年連續(xù)不間斷的腐蝕，理論使用壽命60年。是不用采取任何被動(dòng)防腐措施的經(jīng)久耐用的主動(dòng)防腐產(chǎn)品。

精密鑄鋼散熱器是由我國(guó)散熱器行業(yè)專家在多年行業(yè)管理經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，為適應(yīng)國(guó)情，吸收了我國(guó)傳統(tǒng)鑄鐵散熱器的優(yōu)點(diǎn)而專門研究開(kāi)發(fā)的。針對(duì)原引進(jìn)產(chǎn)品的缺點(diǎn)，新產(chǎn)品經(jīng)過(guò)研發(fā)中試，成功的進(jìn)行了重大改進(jìn)。它即保留了國(guó)外鋼管散熱器的主要特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，又通過(guò)革新制造工藝和提高鋼材性能的方法，極大的提高了抗腐蝕能力。經(jīng)中國(guó)科技大學(xué)檢測(cè)，連續(xù)不間斷對(duì)其腐蝕的情況下，20年不被腐蝕漏水。精密鑄鋼散熱器是高品質(zhì)低價(jià)位，更適合高層建筑、高檔公寓、別墅和辦公樓使用。原焊接工藝的引進(jìn)產(chǎn)品，曾經(jīng)引領(lǐng)中國(guó)鋼制散熱器的前進(jìn)，鑄鋼散熱器將會(huì)創(chuàng)造鋼制散熱器的再次輝煌，未來(lái)的潮流必將是無(wú)防腐概念的鑄鋼散熱器時(shí)代。我們堅(jiān)信品牌是靠過(guò)硬的質(zhì)量影響出來(lái)的，不是靠廣告宣傳出來(lái)的，有知名度的產(chǎn)品不一定科技領(lǐng)先，因?yàn)樯鐣?huì)在前進(jìn)科技會(huì)發(fā)展新產(chǎn)品層出不窮.

《電子散熱器技術(shù)手冊(cè)》主要介紹了電子設(shè)備中常用、實(shí)用的電子散熱器。全書共13章，主要內(nèi)容包括:散熱器設(shè)計(jì)選用原則，型材散熱器，插片散熱器，叉指形散熱器和板材散熱器，鑄造散熱器，熱管，機(jī)箱一體化散熱器和電機(jī)機(jī)殼一體化散熱器，西竹散熱器，有熱阻曲線和溫升曲線的型材散熱器，顯卡散熱器，密齒型材散熱器，組合散熱器、水冷散熱器及電阻外殼散熱器，散熱器熱阻測(cè)試方法和導(dǎo)熱材料。

本手冊(cè)可供電子行業(yè)各種電源設(shè)計(jì)、熱設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)、熱測(cè)試、采購(gòu)等技術(shù)人員使用，也可供高等院校電子機(jī)械類專業(yè)師生參考。