熱設計規范——常規散熱技術介紹（下）

1.風扇介紹

（1）風扇的種類

• 按工作類型分：有軸流風扇和離心風扇、混流風扇三類。軸流風機：風量大，壓頭小，噪音小 ；離心式風機：風壓較高，一般適應于阻力較大的發熱元器件或機柜冷卻
• 按軸承類別分：有滾動軸承及含油軸承 (軸瓦軸承)兩類，由于含油軸承的使用壽命比滾動軸承低的多，一般電子設備均采用滾動軸承。
• 按輸入電源類型分：有直流風扇和交流風扇兩大類

（2）吹風與抽風方式的選擇原則

優先采用吹風方式，吹風有如下優點：

• 風量相對較集中，可以以較大的風速針對局部區域進行集中冷卻。
• 能夠有效防止風扇馬達過熱，提高風扇的使用壽命。
• 可以以較大的壓力迫使灰塵不能夠在機箱內聚積，而通過出風口或 縫隙流出。

只有在以下情況下才選擇抽風：

• 希望流場規則或呈現層流；各部分風量比較均勻，適用于熱量比較分散的整機或機箱。
• 進風口無法安裝風扇。
• 不希望風扇馬達加熱空氣而對后面的元器件產生影響。 
• 不希望熱風吹到客戶。

（3）風扇的安裝原則

• 設備中最大損耗的元器件應靠近出風口。
• 保證進風口或出風口面積大于風扇的通風面積。
• 保證空氣流通并能夠以較大的風速流過較熱的區域。
• 溫度敏感的元器件應盡量靠近風扇入口。
• 盡可能采用吹風以防止灰塵聚積。
• 盡可能采用空隙率較大的防塵網以減小阻力。
• 對吹風的情況，風扇與最近的障礙物間至少保證一個風扇的距離。
• 風扇安裝在系統中，由于結構限制，進風口和出風口常常會受到各種阻擋，其性能曲線會發生變化，如圖所示。可以看出，風扇的進出風口最好與阻擋物有40mm的距離，如果有空間限制，也應至少有一個風扇的厚度。

2.液冷技術介紹

（1）液冷散熱方式一直以來都被廣泛應用于工業途徑，如汽車，飛機引擎的散熱。將液冷散熱技術應用于計算機領域其實并非是因為風冷散熱已經發展到了盡頭，而是由于液體的散熱速度遠遠大于空氣，因此液冷散熱器往往具備不錯的散熱效果，同時在噪音方面也能得到很好的控制。由于在散熱效率和靜音等方面有著的種種優勢，在計算機風冷散熱流行不久后，液冷散熱也隨之出現。

（2）一套典型的水冷散熱系統必須具有以下部件：水冷塊、循環液、水泵、管道和水箱或換熱器。水冷塊是一個內部留有水道的金屬塊，由銅或鋁制成，與CPU接觸并將吸收CPU的熱量。循環液由水泵的作用在循環的管路中流動，如果液體是水，就是我們俗稱的水冷系統。吸收了CPU熱量的液體就會從CPU上的水冷塊中流走，而新的低溫的循環液將繼續吸收CPU的熱量。水管連接水泵、水冷塊和水箱，其作用是讓循環液在一個密閉的通道中循環流動而不外漏，讓液冷散熱系統正常工作。水箱用來存儲循環液，換熱器就是一個類似散熱片的裝置，循環液將熱量傳遞給具有大表面積的散熱片，散熱片上的風扇則將流入空氣的熱量帶走。

3. 導熱介質介紹

（1）散熱器和器件之間總存在間隙，這些間隙對于器件的散熱性能影響大！導熱材料可以填充界面間隙，降低界面電阻；選擇導熱材料關注接觸熱阻（微小間隙填充能力）、材料導熱性能以及實際使用條件。

（2）導熱材料分類

滿足不同場合的散熱需求目前很多導熱材料廠家開發了各種各樣的界面導熱材料，根據界面導熱材料的特點，可以大致分為以下幾類：

a.導熱硅脂

通常由復合型導熱固體填料、高溫合成油（基礎油如硅油），并加有穩定劑和改性添加劑調配而成的均勻膏狀物質，常用的導熱脂為白色，也有灰色或金色的導熱脂等顏色。導熱顆粒通常采用氧化鋅、氧化鋁、氮化硼、 氧化銀、銀粉、銅粉等。

特點

• 為最常見的界面導熱材料, 常采用印刷或點涂方式進行施加。
• 用于散熱器和器件之間，散熱器采用機械固持，最主要的優點為維修方便,價格便宜。
• 因可以很好的潤濕散熱器和器件表面，減小接觸熱阻，所以其導熱熱阻很小，適合大功率器件的散熱。
• 使用時需要印刷或點涂，操作費時，工藝控制要求較高，難度大。

• 導熱硅脂使用前，需要用干凈碎棉布沾酒精進行先將器件、散熱器表面擦洗干凈。

• 導熱硅脂使用時要求采用鋼片等印刷工裝進行硅脂的印刷施加，如下圖所示，可根據實際單板布局情況靈活選擇印刷在器件或散熱器上。

• 采用工裝進行硅脂印刷時，需要對印刷面積進行控制。導熱硅脂印刷涂覆面積推薦占器件與散熱器總接觸面積的70％～80％.
• 導熱硅脂可印刷最小厚度為0.08mm，推薦印刷工裝的鋼網厚度采用0.08～0.12mm；通常厚度控制在0.05 －0.15mm
• 對于平面度較差的裝配，可適當增加鋼網厚度。對于手工涂抹硅脂的器件，要求硅脂盡可能少

注意事項

• 導熱硅脂本身是絕緣介質，但是由于施加的層薄，難以避免固體凸點的接觸，通 常需要絕緣的地方不能使用導熱硅脂。

• 為獲得較好的接觸性能， 安裝時需要一定的緊固力（>5psi）。

• 硅脂在使用時都會有硅油滲出，造成硅油污染，不適合周圍有裸露觸點的繼電器的場合。

b.導熱膠

主要由膠粘劑與導熱顆粒組成，施加前是膏狀混合物，施加后在一定的時間和條件下分 子交連，固化。常用的導熱膠按照膠體類型來分可以分為：環氧樹脂系（Epoxy based）、丙烯酸系（Acrylic based）、有機硅系（silicone based）。按照組份分單組份、雙組份。

特點

• 具有優異的導熱性能（散熱性能），固化后的導熱系數[W/(m·k)]達到1.1~1.5，為電子產品提供了高保障的散熱系數，為電子產品（尤其是需要高散熱產品）在使用過程中的穩定起到保障作用，提高了產品的使用性能及壽命；
• 具有優越的電氣性，耐老化、抗冷熱交變性能、防潮不溶脹、電絕緣性能，功率衰退率、防震、防水、吸振性及穩定性，增加了電子產品在使用過程中的安全系數；
• 具有卓越的粘接強度，尤其對電子元器件、鋁、PVC、PBT等塑料等具有良好的附著力，同時起到既具有優異的密封性、又具有優異的粘接和導熱作用；
• 固化速度快，易于擠出，但不流淌，操作方便，可手動施膠也可機械施膠，不漏膠，滿足任何工作環境及工況場所，具有簡易、方便施膠的好處；
• 是一種無毒、無刺激性氣體釋放、無溶劑、無腐蝕、無污染、更安全環保，已通過歐盟RoHS標準，同時讓工況操作人員和使用電子產品的消費者用得放心，為安全環保提供了雙重保障；

• 具有優異的耐高低溫性能，短期耐300度高溫，長期耐高溫280度，耐低溫－60度；

使用方法

一般情況下對導熱膠的要求

• 施工性能：容易涂布，與我司現有印刷工藝兼容

• 絕緣性能：導熱膠必須絕緣

• 固化特性：在供應商所給的條件下能完全固化，固化條件和時間要方便操作。

• 剪切強度：剪切強度高，使用時無需額外的機械固持。（Min 200psi）

• 抗振動：通過標準的震動試驗（以滿足在運輸過程中，散熱器不掉件）

• 耐溫性：在使用溫度下仍具有一定的強度，保持散熱器不掉落。

• 返修要求：可返修

• 環境適應性：滿足GR3108環境可靠性要求

c.導熱墊

主要應用及特點：

• 主要用于當半導體器件與散熱表面之間有較大間隙需要填充，或幾個芯片要同時要共用散熱器或散熱底盤時，但間隙不一樣的場合，或加工公差加大的場合，表面粗糙度較大的場合。
• 同時由于導熱墊的彈性，使導熱墊能減振，防止沖擊，且便于安裝和拆卸。

• 可根據界面形狀靈活制備各種形狀
• 具有較好的粘結力，某些場合下可以取代螺 釘固定
• 導熱系數一般較低，多用于小功率器件
• 操作方便簡單

• 表面可以與金屬、塑膠、不干膠等其它材料組合以滿足更多的設計功能和需要。
• 優秀的導熱系數：150～1200W/m.k，比金屬的導熱還好。
• 質輕，比重只有1.0～1.3。柔軟，容易操作。熱阻低。顏色黑。
• 耐溫 400℃低熱阻：熱阻比鋁低40%，比銅低20%。
• 重量輕：重量比鋁輕25%，比銅輕75%。
• 高導熱系數：石墨散熱片能平滑貼附在任何平面和彎曲的表面，并能依客戶的需求作任何形式的切割。
• 石墨烯導熱系數可達5300 w/(m·k)；