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市场主流的散热器成型技术讲解

来源:鳍片散热器_铲齿散热器_水冷板_热管_均热板-东莞市同创电子科技有限公司      时间:2024-01-27 09:00:12

时下散热器的主流成型技术多为如下几类:


一、铝挤型散热片


铝挤压(Extruded)技术:铝,作为地壳中含有量最高的金属,成本低是其主要特点,并且由于铝挤压技术含量及设备成本相对较低,所以铝材质很早就应用在散热器市场。铝挤技术简单的说就是将铝锭高温加热至约 520~540℃,在高压下让铝液流经具有沟槽的挤型模具,作出散热片初胚,然再对散热片初胚进行裁剪、剖沟等处理后就做成了我们常见到的散热片。一般常用的铝挤型材料为 AA6063,其具有良好热传导率(约160~180 W/m.K)与加工性,为最普遍应用之制程。不过由于受到本身材质的限制散热鳍片的厚度和长度之比不能超过1:18,所以在有限的空间内很难提高散热面积,故铝挤散热片散热效果比较差,很难胜任现今日益攀升的高频率CPU。

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二、铝压铸型散热片


除铝挤型外,另一个常被用来制造散热片的制程方式为铝压铸型散热片。其制程系将铝锭熔解成液态后,填充入金属模型内,利用压铸机直接压铸成型,制成散热片,采用压注法可以将鳍片做成多种立体形状,散热片可依需求作成复杂形状,亦可配合风扇及气流方向作出具有导流效果的散热片,且能做出薄且密的鳍片来增加散热面积,因工艺简单而被广泛采用。一般常用的压铸型铝合金为ADC12,由于压铸成型性良好,适用于做薄铸件,但因热传导率较差(约 96 W/m.K),现在国内多以 AA1070 铝料来做为压铸材料,其热传导率高达 200 W/m.K 左右,具有良好的散热效果,但是以 AA1070 铝料来压铸存在着一些如下

所述之问题:


(1)压铸时表面流纹及氧化渣过多,会降低热传效果。

(2)冷却时内部微缩孔偏高,实质热传导率降低(K<200 W/m.K)。

(3)模具易受侵蚀,致寿命较短。

(4)成型性差,不适合薄铸件。

(5)材质较软,容易变型。


三、接合型制程散热片


这种散热片是先用铝或铜板做成鳍片,之后利用导热膏或焊锡将它结合在具有沟槽的散热底座上。结合型散热片的特点是鳍片突破原有的比例限制,散热效果好,而且还可以选用不同的材质做鳍片。此制程之优点为散热片细长比可高达60 倍以上,散热效果佳,且鳍片可选用不同材质制作,当然了,缺点也显而易见,就是利用导热膏和焊锡接结合鳍片和底座会存在介面阻抗问题,从而影响散热,为了改善这些缺点,散热片领域又运用了2种新技术。

首先是插齿技术,它是利用60吨以上的压力,把铝片结合在铜片的基座中,并且铝和铜之间没有使用任何介质,从微观上看铝和铜的原子在某种程度上相互连接,从而彻底避免了传统的铜铝结合产生介面热阻的弊端,大大提高了产品的热传到能力。最为成功的就是前文介绍的AVC公司。

第二种是回流焊接技术,传统的接合型散热片最大的问题是介面阻抗问题,而回流焊接技术就是对这一问题的改进。其实,回流焊接和传统接合型散热片的工序几乎相同,只是使用了一个特殊的回焊炉,它可以精确的对焊接的温度和时间参数进行设定,焊料采用用铅锡合金,使焊接和被焊接的金属得到充分接触,从而避免了漏焊空焊,确保了鳍片和底座的连接尽可能紧密,最大限度降低介面热阻,又可以控制每一个焊点的焊铜融化时间和融化温度,保证所有焊点的均匀,不过这个特殊的回焊炉价格很贵,主板厂商用的比较多,而散热器厂商则很少采用。


四、可挠性制程散热片


可挠性散热片是先将铜或铝的薄板,以成型机折成一体成型的鳍片,然后用穿刺模将上下底板固定,再利用高周波金属熔接机,与加工过的底座焊接成一体,由于制程为连续接合,适合做高厚长比的散热片,且因鳍片为一体成型,有利于热传导之连续性,鳍片厚度仅有0.1mm,可大大降低材料的需求,并在散热片容许重量内得到最大热传面积。为达到大量生产,并克服材质接合时之接口阻抗,制程部份采上下底板同时送料,自动化一贯制程,上下底板接合采高周波熔焊接合,即材料熔合来防止接口阻抗的产生,以建立高强度、紧密排列间距的散热片。由于制程连续,故能大量生产,且由于重量大幅减轻,效能提升,所以能增加热传效率。


五、锻造制程散热片

锻造工艺就是将铝块加热后将铝块加热至降伏点,利用高压充满模具内而形成的,它的优点是鳍片高度可以达到50mm以上,厚度1mm以下,能够在相同的体积内得到最大的散热面积,而且锻造容易得到很好的尺寸精度和表面光洁度。但锻造时,由于冷却塑性流变时会有颈缩现象,使散热片易有厚薄、高度不均的情况产生,进而影响散热效率,因金属的塑性低,变形时易产生开裂,变形抗力大,需要大吨(500吨以上)位的锻压机械,也正因为设备和模具的高昂费用而导致产品成本极高。且因设备及模具费用高昂,除非大量生产否则成本过高。

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六、铲齿散热器

铲齿散热片使用单块材料(例如铜或铝),并通过专用的铲齿机采用高精度散热器铲齿工艺切割出高密度散热片,高鳍片,超长散热片结构,铲齿散热器克服了传统散热器厚度和长度比的限制,可以产生高密度的散热器。鳍片和底座为“一体式”。由于没有任何连接的铲齿散热器和高纯度的材料,因此铲齿散热片的效率是传统散热器的两倍。导热效率可以达到型材的100%。乐瑞开发的大功率铲齿散热片广泛用于光伏行业,电动汽车,逆变器,通讯产品,温室led灯等。

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