高效散熱管理淺談
2015-04-20 09:09:02 Author：admin Hits：1849
在使用過程中，很多電子元器件運行會產生大量的熱，如果不能很好的處理這個問題，將會對產品的可靠性和使用壽命都產生影響。本文將介紹一些散熱處理的經驗。 牛頓冷卻定律：當物體表面與周圍存在溫度差時，單位時間從單位面積散失的熱量與溫度差成正比。因此，當元器件的溫度達到平衡溫度時，就是散熱的速度與元器件內部產生熱量的速度相等時，這個溫度可能足...
在使用過程中，很多電子元器件運行會產生大量的熱，如果不能很好的處理這個問題，將會對產品的可靠性和使用壽命都產生影響。本文將介紹一些散熱處理的經驗。
牛頓冷卻定律：當物體表面與周圍存在溫度差時，單位時間從單位面積散失的熱量與溫度差成正比。因此，當元器件的溫度達到平衡溫度時，就是散熱的速度與元器件內部產生熱量的速度相等時，這個溫度可能足夠高以至于影響到產品的壽命或者導致器件失效。在這種情況下，溫度的測量和管理就非常必要了。同樣的，在處理含有發熱器件的電路和設備時也應該考慮這個問題。
在流動的空氣中散熱效率會靜止的空氣高，所以控制溫度的一種方式是在相關的設備或線路上增加一個風扇以增加對流幫助散熱。但如果線路板的設計較為緊湊就無法采用這種方式。另外值得注意的一點是，在高海拔空氣較稀薄的地區，散熱更慢從而造成更高的元器件溫度。
散熱是靠元器件的表面，所以表面積越大的器件散熱越快。同樣的10W的有功器件，尺寸越小的溫度就越高。這就是散熱片的靈感來源，不同尺寸和形狀的散熱片可以被設計在電路中以實現顯著的散熱作用。通常元器件和散熱片是由一塊基板通過機械的辦法固定在一起的。理想狀態下，這塊基板都應該是完全光滑的，但在現實生產中并不能實現，所以造成了元器件表面與散熱器之間存在縫隙從而大大降低了散熱效率。
為了解決空隙的問題，導熱化合物就非常必要了。導熱化合物的設計初衷是填充元器件與散熱片之間的空隙，降低熱阻。這使得導熱片的效率得到提高，而元件的溫度更快地下降。包括不固化和固化的兩種類型，固化的產品通常被用于邦定材料，例如RTVs或者環氧化合物，選擇時往往依據邦定的強度和操作溫度的范圍。
熱介面材料可以是脂類，邦定材料/膠類或者導熱墊。非固化的導熱脂通常用于可能會需要返修的工藝中，利用不同的基油還實現不同的特性符合不同的工藝要求，例如硅基產品可以提供更寬的操作溫度范圍，而最近應用于非硅導熱化合物的研究成果，在提高其導熱性能的同時極大地減少了分油量和蒸發重量損失。易力高的HTCX就是這樣一款產品，其特有的添加劑改善了導熱顆粒的排列，使產品的整體性能得到了很大提升。
無論使用哪種導熱產品，最重要的是確保元器件和散熱片中間的空隙被完全填充，空氣全部擠出。通常實現的方法是在元器件或散熱片的中間放置相當數量的導熱化合物，然后再將兩者貼合在一起，擠出多余的材料。確保中間沒有空氣殘余才能實現更好的散熱效率及更低的元器件溫度。通常導熱化合物的導熱系數低于散熱片，所以還要注意導熱化合物層應該盡可能的薄，以便降低熱阻，但要確保能擠出所有的空氣。
另外一種解決這個散熱問題的方法是使用導熱封裝樹脂。這種產品的設計是用來保護元器件單元不受外界環境的影響，同時器件產生的熱量散發至周圍的空氣中。封裝樹脂在使用導熱填料的同時，能與不同的基體樹脂、固化劑和其它添加劑復配，為客戶提供多體系的選擇。
· 如果成品要在非常惡劣環境下使用，環氧類產品固化后可以提供非常剛性的保護。典型的環氧類導熱產品在固化后邵氏硬度可以達到D80左右。比如易力高新款的ER2220環氧樹脂在不增加粘度的前提下，導熱系數已經達到1.54W/mk。
聚氨脂體系的導熱化合物也能提供高性能的保護，但同時基于聚氨脂的特性，這類產品有更好的韌性。具有較好導熱效果的聚氨脂樹脂，通常固化后仍然可以保持一定的柔軟度，邵氏硬度可以在A85左右，并且可以根據不同應用的需求來進行調整。
· 有機硅兼有聚氨脂產品的柔軟度，但這種產品最大的優點是能夠承受更高的溫度，對于操作溫度超過130?C的制程來說，有機硅體系是最理想的選擇。
隨著市場對于散熱管理產品的需求的不斷發展，易力高一直致力于為各行各業研發新的適用產品，包括LED市場。LED技術更在越來越多的應用中替代傳統光源，比如LCD背光電視，電子標志、顯示產品以及汽車燈具等。LED燈泡產生的熱量也和CPU一樣，必須予以解決才保持光學性能。散熱管理產品對新能源開發的效率也有幫助。如眾所周知對溫度特別敏感的光伏逆變器；光熱應用中連接加熱管與水箱的部分；氫燃料電池組件；風能發電機等等。產品微型化的趨勢伴隨著更多的大功率器件的應用，使得散熱管理變成不但是當今而且是未來電子設計中的一個重要環節。
