由于散熱器的性能取決于物理結(jié)構(gòu)與金屬成分,所以,采用高導(dǎo)電性的材料,熱管理裝置的制造者們就能夠制成高效率的散熱器。由于具有優(yōu)異的冷卻能力,銅散熱器在解決冷卻問題時,應(yīng)用很廣泛。金屬銅所具有的高導(dǎo)電性使工程師能更有效的對器件進(jìn)行冷卻,而銅散熱器有較低的單位體積熱阻值,因此適用于發(fā)熱量高的器件。同時,銅散熱器可有效地讓發(fā)熱量沿其基座均勻分布,從而為發(fā)熱點(diǎn)集中的器件提供優(yōu)異的冷卻性能。熱學(xué)特性如今,先進(jìn)的IC都存在
由于
散熱器的性能取決于物理結(jié)構(gòu)與金屬成分,所以,采用高導(dǎo)電性的材料,熱管理裝置的制造者們就能夠制成高效率的散熱器。由于具有優(yōu)異的冷卻能力,銅散熱器在解決冷卻問題時,應(yīng)用很廣泛。
金屬銅所具有的高導(dǎo)電性使工程師能更有效的對器件進(jìn)行冷卻,而銅散熱器有較低的單位體積熱阻值,因此適用于發(fā)熱量高的器件。同時,銅散熱器可有效地讓發(fā)熱量沿其基座均勻分布,從而為發(fā)熱點(diǎn)集中的器件提供優(yōu)異的冷卻性能。
熱學(xué)特性
如今,先進(jìn)的
IC都存在嚴(yán)重的發(fā)熱現(xiàn)象,這迫使工程師去尋找熱阻更小的散熱器——由于分配給散熱裝置的空間狹小,故這一任務(wù)是非常棘手的。由于銅材料的高度導(dǎo)熱性,銅材料制成的散熱器在熱阻方面大大優(yōu)于鋁散熱器。
Cool Innovations公司對相同結(jié)構(gòu)的、分別由無氧銅和純鋁(導(dǎo)熱性極好的鋁合金)制成的針鰭狀散熱器進(jìn)行了熱阻測試,結(jié)果表明,銅散熱器的熱阻平均要低20%。同時,研究者還對無氧銅和AL380(一種常用的鑄造合金)制成的散熱器進(jìn)行了類似的對比測試,結(jié)果表明,銅器件的熱阻要低35%。
因此,通過以銅散熱器替換傳統(tǒng)的鋁散熱器,設(shè)計者能把性能提高20%~35%。更為重要的是,不會占用額外的面積和/或引入新的氣流源。
熱量的散布
近來半導(dǎo)體技術(shù)的革新也帶來了副作用,這就是發(fā)熱量的陡然上升。發(fā)熱密度可以定義為每單位面積的發(fā)熱水平。發(fā)熱密度越高,散發(fā)出來的熱量沿散熱器基座散布的速度就必須更快,這樣才能保證正常的冷卻。
在為發(fā)熱源集中(密集)的產(chǎn)品選擇冷卻裝置時,設(shè)計者不但需要確認(rèn)散熱器的熱阻足夠低,而且還要保證熱量能夠以較快的速度沿著散熱器基座散布開來。如果熱量散布的速率不夠快的話,則遠(yuǎn)離處理器的那部分散熱器將起不到散熱的作用。此外,芯片中的半導(dǎo)體結(jié)也會成為發(fā)熱點(diǎn),這些發(fā)熱點(diǎn)將對芯片的功能造成損傷,而散熱器所標(biāo)明的熱阻在實(shí)際應(yīng)用時并不能得到保證。
由于銅有很高的傳導(dǎo)率,故采用銅基座的散熱器有著優(yōu)良的熱量均布能力,事實(shí)證明：無氧銅的導(dǎo)電性(非熱阻)比純鋁高出
100％,而比AL380高
300％。因此,在很多情況下,設(shè)計者使用全銅的散熱器或者鋁/銅混合的散熱器,對集中的發(fā)熱源進(jìn)行冷卻。
銅質(zhì)及銅/鋁混合散熱器
銅在散熱器中的使用并不限于全銅器件,它也能與鋁一起應(yīng)用,構(gòu)成銅/鋁混合型的散熱器。而混合型散熱器主要有兩種形式：銅基座帶有鋁針(柱),或者是鋁散熱片基座下埋置銅層。
雖然混合型產(chǎn)品在熱阻方面沒有突出的優(yōu)勢,但它們也可以象全銅散熱器那樣讓熱量沿基座均布。混合型散熱器實(shí)質(zhì)上是將鋁質(zhì)散熱器和銅質(zhì)熱均布器結(jié)合在一起構(gòu)成單個器件�；旌仙崞鞯牧硗庖粋�優(yōu)勢是遠(yuǎn)輕于全銅的散熱器。當(dāng)需要采用全銅基座、而又要避免過重的全銅散熱器時,就可以用混合型散熱器來實(shí)現(xiàn)良好的冷卻。
下面給出了Cool Innovations對兩種結(jié)構(gòu)相同的針鰭式散熱器進(jìn)行的熱學(xué)分析。第一種散熱器由無氧銅材料制作,而第二種用純鋁材料制作。這一分析將著重指出純銅散熱器在總熱阻方面的優(yōu)勢及其對熱量的均布能力。
兩種散熱器的占用面積和總高度分別為1.5平方英寸和0.8英寸,有
121根針狀的鰭柱,直徑為0.07英寸。在測試時,通過一個面積為1.25平方英寸、發(fā)熱
功率為20W的熱源來復(fù)現(xiàn)一個平均尺寸的熱源。兩種散熱器流過的氣流為600lfm,所測得的銅質(zhì)散熱器和鋁質(zhì)散熱器的熱阻分別為0.75℃/W 和0.91℃/W 。從中可以看出,銅質(zhì)器件在熱阻方面有21％的改善。
