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如何提升散热器性能:优化底座

散热器底座:卓越解决方案的坚实基础

散热器分为各种形状、尺寸、样式和材料。但许多散热器都具备底座这一共同特征:底座与器件相接触,并以翅片的形式提供额外的表面积,从而提高传热效率。底座是散热方案各部件的连接枢纽,若要实现有效的解决方案,底座需要承担多项功能。

散热器底座的用途

对接器件的界面

散热器底座是接触待冷却热源的部位。大多数电气设备设计为从顶面接触散热,热量可以沿着阻力最小的路径从硅芯片向外导出。器件表面和散热器底座的表面处理与质量非常关键,在应用不允许使用导热界面材料 (TIM) 时尤其如此。表面越光滑,产生的气隙数量越少,尺寸也越小,因此底座的平面度与表面处理质量直接影响散热器的实际散热性能。热管理解决方案中不存在完全理想的表面,因此我们会使用导热界面材料来降低这种接触热阻。事实上,导热界面材料对于整套热管理方案至关重要,甚至有不少企业专门从事 TIM 的研发生产。

Eaton large thermal interface machine
除表面处理质量和界面材料外,底座的几何形状对散热器能否达到预期效果同样关键。部分应用为节约成本,将多个热源布置在同一个底座上散热,该设计会面临一些技术挑战。各个器件并不完全相同:器件的尺寸和形状均存在差异。底座可以通过机加工、铸造或其他方式进行改制,设置凸台、通孔或沉孔等特征,以适配不同几何形状的器件。
Eaton large heat sink machined

均热

散热器底座还有另一个关键作用,即将器件产生的热量向外传导。尽快将热源处的热量扩散开,有助于降低器件温度,从而提升器件整体使用寿命与可靠性。热量经过扩散后,可以更均匀地传递至底座另一侧装配的翅片。让热量分摊到尽可能多的散热表面,而不局限于热源正上方的翅片,以此提升散热器的散热效果和效率。
Eaton large heat sink embedded

提升散热器底座均热能力的一种有效方法是内嵌热管。均热热管组件利用两相冷却的快速传热能力,改善底座向各个翅片均热的效果。

对接扩展表面的界面

Eaton large bonded fin heat
散热器底座的另一项关键功能,是把从器件传导过来的热量传递给翅片。对于挤压或铣削翅片散热器,底座和翅片为一体成型,所以热量依靠传导自然完成传递。

对于后期加装翅片的散热器底座,则需要额外的结构来固定翅片。拉链翅片和折叠翅片仅要求底座保持平整。粘接翅片和钎焊翅片散热器则需要开槽,用于固定翅片和焊接填充材料。

机械支撑

最后,散热器底座还为所装配的器件提供机械支撑,尤其是印刷电路板 (PCB) 上的器件。底座可增加易受损 PCB 的刚性。这对于运输设备、消费电子这类对机械性能要求严苛的应用至关重要。这些应用环境较为恶劣,器件会承受机械冲击、振动,以及用户日常使用带来的磨损。

底座并非全部

尽管底座很重要,但散热器还涉及其他多个重要考量因素。翅片、气流、导热界面材料以及其他特征,都会对器件的散热量产生重要影响。但底座是整套散热设计的核心,设计优良的底座有助于规避很多潜在问题。