散热概述

一、概述

功率器件如计算机CPU芯片等高速运转过程中会产生并集聚热量,将热量有效的传递其他介质(散热片、空气等),最终将工作部件温度控制在一个稳定范围内,即为散热过程。

二、原理

1、散热方式(途径)
辐射:指机体以发射红外的方式散热。
对流:以空气为介质来进行散热。
传导:以导热界面材料为介质来进行散热。

2、热传导理论基础
傅立叶方程
对界面材料的热传导,一般按一维来处理,其热传导过程可用傅立叶方程描述:

其中,各字母代表含义如下:
K --- 材料的导热系数。
q --- 热传导速率。
△T ---两个界面之间的温差。
d --- 距离,两个界面之间的距离。
A --- 接触面积,两个界面之间的实际接触面积。

3、影响热传导效率的核心因数
导热材料的导热系数K(W/m.K);

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4、导热测试方法及设备

导热系数:
测试方法:ASTM E 1461-01/ISO ;ISO/DIS 22007-2.2
测试设备:NETZSCH LFA447/DSC204Fi; HOTDISK

热阻:
测试方法:ASTM D5470
测试设备:NETZSCH

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(图一)

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(图二)


三、现状及困扰

1、现状
当前,CPU散热器、笔记本散热模组、大功率LED照明、IGBT模块以及通讯模块等典型散热场合,应用的外部界面导热材料(TIM2)依然是以传统高导热硅脂为主。中低端散热(如晶体管)一般采用普通散热硅脂、导热垫片、散热胶带等。
附:当前行业导热材料一览表

类别
名称 导热粘合剂 导热垫片 导热硅脂 相变材料 导热凝胶 间隙填充
导热材料
热粘胶带 液态金属
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备注 K值低、固化慢 热阻高、导热效率低、适用于低功率 传统材料、信赖度高 新型材料、低热阻、高效率 K值低、适用于低功率 适用于通讯模块、高压缩比 易于作业、导热效率低 新型高端材料、成本昂贵
SUNYES 开发中 开发中 / /


2、困扰

随着微电子装置的不断小型化和电能消耗的增加,使散热问题变得更加复杂化,为解决这一问题,微电子工业散热新材料、新技术不断涌现,如英特尔芯片新材料、高导热陶瓷材料、高导热相变材料、液态金属冷却技术、微通道冷却技术、复合冷却技术、固态风扇等。但是,不一定所有新材料、新技术最终都能商业化。
附:热设计困扰程度对比图

四、SUNYES解决方案

1、高导热相变材料

2、高导热硅脂