热设计讨论之散热器篇

前面对热源的概念进行了一些讨论，这里对热设计中非常重要的一个器件的设计进行一下讨论：

1.散热器的设计目的：用于降低热源的节温
2.散热器的设计宗旨：降低自身传导热阻，增大与冷却流体的接触面积（对流散热），增大对外辐射散热的面积与辐射率

设计目的自然不用多说，下面重点讨论一下设计宗旨：

1.降低自身传导热阻：既然是传导热阻，肯定是和固体材料的导热系数有关了，增大散热器材料的导热系数，就会降低在散热器自身上产生的温差。假设散热器的材料是低温超导，那么散热器上的所有温度将相同并等于芯片的壳温（不考虑接触热阻），这样的话无形中就是把芯片自身的散热面积进行了放大，这样热源的单位面积功耗就会变得非常小，也就无需对其进行散热考虑。当然，低温超导现在还没有应用在散热器上，热管的作用就是为了达到这一目的。我们再做一个假设，如果一个散热器从基板到翅片都是由热管构成，利用热管来近似替代低温超导，恐怕这样的散热器效果会非常好。

2.增大与冷却流体的接触面积：这个不仅仅需要通过散热器的结构来实现，还要充分考虑散热器实际工作中的安装方式与表面处理方式。在自然对流中使用的散热器的使用效率与它的安装方式有着非常大的关系。有人做过相关的研究，翅片走向与重力方向一致时散热器的散热效果最好，认为是100%，当安装方式变成基板在上，翅片在下时，散热效果就变得最差，只有前一种方式的60%。因此，散热器结构的设计一定要结合其安装方式！散热器的齿数、齿间距、齿高、齿厚等参数都是用来对散热器与流体接触面积进行宏观的定义，而对这些参数的改变与优化就是散热器工作的基本内容。当把这些参数作为输入，把将来芯片的节温、散热器的重量作为输出，整个设计过程就变成一个多目标优化问题，一些专业的数学算法与软件可以独立于热设计来完成。对散热器的齿面进行处理，比如增加沟槽、增大表面粗糙度，是在微观的角度来增大面积。

3.增大辐射面积与辐射系数：2中提到增大接触面积的方法同样应用于这里，但是不完全相同，这应该取决于对外的辐射角。散热器表面进行阳极氧化和喷漆是用来提高辐射系数。

以上是本人对散热器设计的认识，知道论坛中有不少散热器设计方面的专家，可以对本人的观点进行指正与补充！

补充一点，也是工作中遇到的问题：
在设计风冷散热器时，需要充分考虑散热器流阻对于风扇工作点的影响。并不是说散热器散热面积越大越好。
另外还需要考虑风扇是吹风还是吸风工作状态下，散热器流阻对工作点的影响。（这一点，我也没有深入了解。大牛们帮忙解释一下。）

纯新人，支持大牛们分享自己的经验。

介绍一下目前散热器的生产工艺吧
目前散热器主要分几种形式：铝挤型，然后在此基础上刨沟；铝挤塞铜：多用于太阳花的形式，是主流的解95WCPu的散热方式。焊接形式：一般目前高端的散热片，都是利用热管+串Fin的工艺，然后焊接到底板上。底板多为铜或铝。有时候底板需要埋热管，会用到压铸的铝底板。
其他的工艺，不多见。
专门提一下压铸工艺,以前很少用到压铸件，是因为压铸铝的导热系数大概是100左右。现在有见过那种用铝1070压铸的。不知道目前在工艺上、经济性上有没有推广价值。了解的兄弟可以介绍一下。

“降低自身传导热阻”指的应该是降低扩展热阻吧，如果散热器原本温差较小的话，那增大它的导热系数也没有效果的。

""比如增加沟槽、增大表面粗糙度，是在微观的角度来增大面积。"
我有些不理解，毕竟散热器表面粗糙度要求比较高的，加大粗糙度是可以增加散热面积.
可在一定程度上是增加热阻了!!

在增大散热面积的同时，往往也会增加风阻，风阻的增大，会导致风量的减小，也就是风扇的工作点向流量减小的方向移动。

所以选定的风扇和散热器的种类和外形，那么就可以找出一个散热器齿厚，齿间距的最优值。flotherm可以做参数优化。

如果你想自己分析，可以计算不同散热器流道的压力阻力特性曲线，和风扇的P_Q曲线形成不同交点，就是散热器阻力对工作点的影响。