高導(dǎo)熱硅脂
雖然名字叫做導(dǎo)熱硅脂，實(shí)際上從其導(dǎo)熱系數(shù)上可以看出，導(dǎo)熱能力很差很差，那么為什么叫做導(dǎo)熱硅脂？為什么會(huì)有“導(dǎo)熱”的名頭？
導(dǎo)熱硅脂就是在硅脂的基礎(chǔ)上添加了金屬氧化物增強(qiáng)導(dǎo)熱能力，純正的硅膠大約0.3左右的導(dǎo)熱系數(shù)，為了增強(qiáng)導(dǎo)熱能力而添加以下幾種粉末：氧化鋁粉末、炭化硅粉末、氧化鋅粉末、氮化硼粉末等；如果對于絕緣性能要求較低，可以添加石墨或者錫等柔性金屬增加導(dǎo)熱能力（Intel原裝灰色導(dǎo)熱硅脂就是添加石墨）。 但是導(dǎo)熱硅脂其導(dǎo)熱系數(shù)還是不高，普通導(dǎo)熱硅脂比不上水泥的導(dǎo)熱系數(shù)1.5，那么為什么用導(dǎo)熱硅脂不用水泥？
原因就在于，導(dǎo)熱硅脂/硅膠導(dǎo)熱系數(shù)“遠(yuǎn)”比空氣好，空氣是一個(gè)很不好的保溫材料，當(dāng)MOS與散熱片之間接觸的時(shí)候，由于接觸面之間不夠光滑，存在空氣間隙，會(huì)導(dǎo)致熱量不能及時(shí)傳遞到散熱片而使MOS溫度劇增，最終燒壞。而導(dǎo)熱硅脂/硅膠片是柔性的，可以很好的滲入間隙中，將空氣擠出，使得熱量能夠比較好的傳遞。
相同面積，0.1mm厚的空氣與1mm厚的導(dǎo)熱硅脂，哪個(gè)熱阻��？ 相同面積，0.1mm厚的導(dǎo)熱硅脂與1mm厚的導(dǎo)熱硅膠，哪個(gè)熱阻小？
有人會(huì)說這個(gè)問題很搞笑，但是我們生產(chǎn)過程中會(huì)出現(xiàn)的狀況，硅膠片是有厚度的，相同面積，同材質(zhì)0.1mm的硅膠片熱阻就要遠(yuǎn)小于1mm的硅膠片，而使用導(dǎo)熱硅脂的話，由于散熱片和MOS的金屬部分會(huì)直接接觸，間隙更小，散熱也就更好，可是總有人會(huì)選擇厚的硅膠片，總會(huì)有人會(huì)堆積導(dǎo)熱硅膠。比如LED球燈，鋁外殼內(nèi)部塞一個(gè)驅(qū)動(dòng)板，然后全部灌封導(dǎo)熱硅膠，其實(shí)對于驅(qū)動(dòng)板的散熱效果很不理想。 所以，硅脂硅膠硅膠片，均不是用來散熱，而只是輔助散熱，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該考慮如何讓功率器件更好的接觸散熱片。硅脂能讓金屬部分直接接觸，是首選；其次就是薄的絕緣墊或者薄的導(dǎo)熱硅膠；無論使用哪種材質(zhì)，組裝過程中將MOS和散熱片之間盡可能壓接緊密是必須的，而導(dǎo)熱硅膠堆積、組裝結(jié)構(gòu)松散等會(huì)對散熱帶來致命的缺陷。當(dāng)然，很多人是被“導(dǎo)熱”的名字給誤導(dǎo)了。
2、空氣
空氣導(dǎo)熱系數(shù)很低，但不一定會(huì)影響散熱�？諝獾拇嬖诩偃羰窃诟邷仄骷c散熱片之間，那么必然會(huì)影響散熱，例如雙層玻璃用來保溫。但是冬天室外，可以說空氣厚度無限厚，為什么會(huì)覺得冷？為什么冬天穿衣服要抗風(fēng)？為什么都說刺骨的北風(fēng)？這就是因?yàn)榭諝夥譃殪o態(tài)和動(dòng)態(tài)，動(dòng)態(tài)時(shí)候就是“風(fēng)”，可以很好的散熱�？傊匾涀〉氖牵核械纳嵯到y(tǒng)最終都會(huì)散熱到空氣中！因此，如何在最后與空氣接觸時(shí)能夠更快的將熱量傳遞出去是散熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重中之重，而形成合理的風(fēng)道是必要的手段。
像品牌電腦都會(huì)設(shè)計(jì)比較合理的風(fēng)道以達(dá)到理想的散熱效果，如果不能使空氣流動(dòng)，往往會(huì)風(fēng)扇空轉(zhuǎn)而溫度散不出去，那么這個(gè)系統(tǒng)就是失敗的，無法取得很好的散熱效果。這是設(shè)計(jì)問題，不是空氣問題。 如果沒有空氣對流，全金屬外殼并不比塑料外殼散熱效果好很多，例如手機(jī)。因?yàn)镃PU熱量發(fā)出到機(jī)殼上散熱出去，中間會(huì)有一層空氣間隙，是熱阻的主要來源，相比較而言機(jī)殼的材質(zhì)影響就小很多。但是，只要加了一個(gè)小小的風(fēng)扇，溫度就可以大幅度下降，只是手機(jī)結(jié)構(gòu)限制無法使用。
對于功率部分散熱設(shè)計(jì)合理的系統(tǒng)，那么其余發(fā)熱較低的地方，例如控制核心等暴露在空氣中與密封在密封膠里面，其實(shí)熱阻差距并不大，也不過是幾倍的關(guān)系。因此密封膠的選擇應(yīng)首先考慮使用環(huán)境對于膠的防水、震動(dòng)等要求，而不是導(dǎo)熱系數(shù)。
3、散熱片
金屬導(dǎo)熱系數(shù)高，但是不代表其散熱一定就好。
就算同樣是金屬，同一種金屬，一個(gè)做成金屬塊，一個(gè)做成金屬柵，相同體積的時(shí)候，后者散熱效果就好。因?yàn)樽罱K散熱媒介就是空氣，與空氣接觸面積越大就會(huì)散熱越好，所以現(xiàn)在的CPU散熱片，越是高端的，越是做的薄，做的柵多。
眾所周知，小米2手機(jī)中增加了一種導(dǎo)熱利器——石墨散熱膜，引發(fā)了潮流，大家爭相仿效。導(dǎo)熱系數(shù)石墨散熱膜可以做到1500，已經(jīng)超出金屬很多。
但是石墨散熱膜又給大家挖了個(gè)坑，“散熱膜”并不是起到散熱作用，而是導(dǎo)熱，因?yàn)槠洳]有增大與空氣接觸面積，其真正的作用是將手機(jī)內(nèi)部發(fā)熱元件的熱量進(jìn)行均衡。大家都知道手機(jī)芯片上都會(huì)貼上金屬屏蔽罩，同時(shí)起散熱作用，而有的發(fā)熱大，有的發(fā)熱小，如果依靠空氣的傳導(dǎo)效果很差，就會(huì)使一些部位溫度急劇上升，而石墨散熱膜作用就是將溫度高的散熱片熱量快速傳遞到溫度低的散熱片上，使手持設(shè)備不會(huì)出現(xiàn)局部高溫。
單純使用金屬條件下，散熱最好的應(yīng)該是熱管+散熱片。熱管的產(chǎn)生實(shí)際上是熱對流理論成熟的表現(xiàn)，熱管中的冷凝氣在發(fā)熱端和冷凝端來回循環(huán)，依靠氣液相之間的變化快速循環(huán)，使熱量快速傳導(dǎo)散發(fā)出去，其導(dǎo)熱效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通的金屬。當(dāng)然成本也增加不少。這在高端的LED產(chǎn)品中可以考慮。
如果散熱片沒有加風(fēng)扇就是被動(dòng)散熱，依靠溫差產(chǎn)生的熱對流將熱量散發(fā)到空氣中，而加上風(fēng)扇能夠?qū)崿F(xiàn)較好的風(fēng)道，是主動(dòng)散熱，效果會(huì)明顯優(yōu)于被動(dòng)散熱。還有一種特殊的設(shè)計(jì)，就是射流器（Synjet），其方法就是將空氣壓縮后高速噴出，直接將芯片的熱量帶走，這必然是LED等散熱以后的發(fā)展趨勢。
4、發(fā)黑的散熱片
常見發(fā)黑只有鐵和鋁，因?yàn)殍F發(fā)黑（正確叫法：發(fā)藍(lán)）生成四氧化三鐵，鋁陽極氧化后是三氧化二鋁（剛玉，藍(lán)寶石主要成分），染色后得到發(fā)黑效果（陽極氧化電解著色）。共同的特點(diǎn)就是：致密、耐磨、抗腐蝕。而銅氧化后的氧化銅，疏松，極易吸收水分而迅速腐蝕，所以銅散熱片發(fā)黑反而會(huì)是不良。 實(shí)際物體在單位時(shí)間內(nèi)發(fā)出的輻射熱流量可以采用Stefan - Boltzmann（史蒂芬-玻耳茲曼定律）定律計(jì)算，如果大家有興趣，可以搜索一下，有工程師做過測試，發(fā)黑后其發(fā)射率可以增加3~5倍，具體數(shù)據(jù)因?yàn)槲唇?jīng)允許所以不能引用。
可以見得，氧化后的氧化物可以一定程度上加大其熱輻射效果，也就是說散熱片發(fā)黑可以一定程度上降低散熱片溫度。與此同時(shí)，發(fā)黑層厚度一般小于15um，熱阻非常小，對于散熱影響并不大。
但是，基本上少見CPU的散熱片是發(fā)黑的，為什么？因?yàn)闇囟�！�?00度以下的時(shí)候，熱輻射的量很小，又處于一個(gè)封閉環(huán)境，熱輻射實(shí)際上是沒有效果的。而風(fēng)路設(shè)計(jì)合理的時(shí)候，熱對流和熱傳導(dǎo)其降低溫度的效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出熱輻射的效率，因此，如果必須使用發(fā)黑處理來降低溫度，一定程度上說明散熱系統(tǒng)冗余不足。
5、銅箔鉆孔/銅箔去綠油
其實(shí)前面說了很多，這個(gè)問題如果大家仔細(xì)閱讀前面的內(nèi)容時(shí)候就應(yīng)該有了答案。
有人認(rèn)為去除綠油，可以使銅箔與空氣直接接觸，散熱會(huì)好一些。但是實(shí)際上并不是如此。綠油，是阻焊層的俗稱，通常為10um，熱阻非常小，并不影響多少散熱，存不存在效果差不多。去除綠油更多的應(yīng)該是通過增加焊錫而增加過電流能力。
鉆孔同樣不能增加與空氣接觸的面積，但是鉆孔會(huì)使上下兩層銅箔之間的熱量傳遞更快，因?yàn)镻CB中間的材質(zhì)FR-4導(dǎo)熱效果并不好，0.1左右，任何一種金屬的效果都要超出其導(dǎo)熱效果，因此鉆孔可以有效的使背面銅箔能夠快速升溫，也間接的改善了散熱效果。但是最終效果取決于兩面用于散熱銅箔的總面積，而不是鉆了多少孔、多大的孔。
- 上一篇：沒有啦
- 下一篇：散熱設(shè)計(jì)的一些基本原則 2020/8/8