压铸铝和型材铝散热器优劣分析报告
在LED灯具中常用的有型材铝散热器和压铸铝散热器，一般设计者会根据灯具的外形及散热需要设计相应的结构，但是两种散热器有各自的优缺点，可以从不同角度加以分析。因为每个公司及客户的具体生产模式和要求不同，不能简单的认为采用某种散热器就一定是最佳的选择，在有的情况下是型材铝散热器最佳，在有的情况下是压铸铝散热器最佳，具体要选择哪种结构作为散热器还要考虑新产品的实际结构才能确定。外观要求美观大方，形状复杂的灯具就要设计成压铸一次成型的结构，反之形状相对比较规则，对称性好的产品就可以使用型材散热结构。如果相同外形的产品，压铸模具价格高，型材拉伸模具价格较低，但是型材机加价格高，压铸价格便宜。压铸铝材料价格相对便宜，铝型材价格会相应贵一些，两种类型的散热器各自的优劣详细分析如下：
一、铝型材散热器
铝型材散热器，材料多选用A6063材料，需要开铝型材拉伸模。
优点：1.产品散热效果相对比较好，成品的表面处理例如阳极氧化相对容易。
模具制作周期短通常需要10~15天，模具价格便宜。
2.铝型材散热器表面经过阳极氧化进行表面处理以增加铝材的抗蚀性、
耐磨性及外表的美观度
缺点：后期机加工成本较高，产量较低。
A6063材料组成成份：
成份铝Al硅Si铜Cu镁Mg锌Zn锰Mn钛Ti铬Cr铁Fe
含量余量0.20～0.6≤0.100.45～0.9≤0.10≤0.10≤0.10≤0.100.00～0.350
A6063材料的性能：
性能抗拉强度伸长率屈服强度热导率W(m·K)参数σb (MPa)：≥205δ5 (%)：≥9σ0.2 (MPa)：≥170210
铝型材散热器范例如下图所示：
二、压铸铝散热器
压铸散热器，材料多选用ZL102材料，压铸散热器需要开压铸模。
优点：加工成本较低，产能高，如果模具允许能够生产各种形状的散热器。
缺点：模具成本高，模具制作周期长，通常需要30~45天。ZL102材料组成成份：
成份硅Si铝Al 铁(砂型铸造) 铁(金属型铸造) 铜Cu 锰
Mn
镁Mg锌Zn钛Ti
含量10.0-13.0余量0.000～0.7000.000～1.000≤0.30≤0.50≤0.10≤0.1≤0.20 ZL102材料性能：
性能抗拉强度伸长率硬度(HB)热导率W(m·K)参数σb (MPa)：≥145δ5 (%)：≥4≥50155
压铸铝散热器范例如下图所示：
总之，从材料成份和力学性能上分析，A6063材料强度比压铸铝ZL102强度高，压铸铝ZL102热导率比较小，所以散热方面A6063散热效果显著。压铸模具价格高，型材拉伸模具价格较低，压铸铝材料价格相对便宜，铝型材价格会相应贵一些。具体使用方面，需要考虑各种因数，综合判断，在最大限度的基础上尽量降低新产品的成本，其中包括材料费、模具费等等，在满足灯具使用环境和安全的情况下选择合适的结构，没有最差也没有最好的，关键是结构选择要求合理，只有做到了这点就找到了灯具的最佳设计方案。
热阻计算 一般，热阻公式中，Tcmax =Tj - P*Rjc的公式是在假设散热片足够大而且接触足够良好的情况下才成立的，否则还应该写成Tcmax =Tj - P*（Rjc+Rcs+Rsa)。Rjc表示芯片内部至外壳的热阻，Rcs表示外壳至散热片的热阻，Rsa表示散热片的热阻。没有散热片时，Tcmax =Tj - P*（Rjc+Rca)。Rca 表示外壳至空气的热阻。 一般使用条件用Tc =Tj - P*Rjc的公式近似。厂家规格书一般会给出，Rjc， P等参数。一般P是在25度时的功耗。当温度大于25度时，会有一个降额指标。 一、可以把半导体器件分为功率器件和小功率器件。 1、大功率器件的额定功率一般是指带散热器时的功率，散热器足够大时且散热良好时，可以认为其表面到环境之间的热阻为0，所以理想状态时壳温即等于环境温度。功率器件由于采用了特殊的工艺，所以其最高允许结温有的可以达到175度。但是为了保险起见，一律可以按150度来计算。适用公式：Tc =Tj - P*Rjc。设计时，Tj最大值为150，Rjc已知，假设环境温度也确定，根据壳温即等于环境温度，那么此时允许的P也就随之确定。 2、小功率半导体器件，比如小晶体管，IC，一般使用时是不带散热器的。所以这时就要考虑器件壳体到空气之间的热阻了。一般厂家规格书中会给出Rja，即结到环境之间的热阻。（Rja=Rjc+Rca)。 同样以三级管2N5551为例，其最大使用功率1.5W是在其壳温25度时取得的。假设此时环境温度恰好是25度，又要消耗1.5W的功率，还要保证结温也是25度，唯一的可能就是它得到足够良好的散热！但是一般像2N5551这样TO-92封装的三极管，是不可能带散热器使用的。所以此时，小功率半导体器件要用到的公式是： Tc =Tj - P*Rja Rja:结到环境之间的热阻。一般小功率半导体器件的厂家会在规格书中给出这个参数。 2N5551的Rja，厂家给的值是200度/W。已知其最高结温是150度，那么其壳温为25度时，允许的功耗可以把上述数据代入Tc =Tj - P*Rja 得到： 25=150-P*200,得到，P=0.625W。事实上，规格书中就是0.625W。因为2N5551不会加散热器使用，所以我们平常说的2N5551的功率是0.625W而不是1.5W！ 还有要注意，SOT-23封装的晶体管其额定功率和Rja数据，是在焊接到规定的焊盘（有一定的散热功能）上时测得的。
在镁合金会比铝合金散热性能好，这点我曾经拿过这种镁合金散热灯壳来做分析。1、根据公式：Q＝dvC△t = cm△t（dv=质量m），其中Q—热量；d=比重；V=体积；C=比热容；△t =(t1-t2)变化的温度；△t =Q/ dvC=Q/ mC，当相同体积与形状的AZ91D 与A380，如果在接受相同的热量Q时，二者变化的温度比为：△tMg /△tAl =dC（Al）/ dC（Mg）=2.74x0.23/1.81x1.05=1/3; AZ91D的比热容为0.25；A380的比热容为1,0. 即镁合金AZ91D与铝合金A380的温差比为1/3；问题就在于镁合金的散热器质量可以做的比铝合金还轻，在厚度与鳍片上的厚度，都还是薄壁，而且重量还是比较小时，这时C=Q / m△t的C值（比热容）就会加大，以目前设计的铝合金散热器的重量为一般镁合金重量的3倍。所以镁合金散热器的C值（比热容）就会是3倍的铝合金散热器的C值（比热容）。即使在理论上镁合金材料的C值（比热容）只有铝合金材料的1/3，但整体来说，其C值仍然与铝合金散热器一样。但问题就在与散热器的两端温差比又能代表什么？ 2、基本上AZ91D导热系数51W/mk；A380导热系数96.2W/mk；其导热的功能实际上是相差到一倍。这就表是对于相同体积与形状的情况下，AZ91D 与A380材料的散热器在热的传导上还是有差距。也就是当某热源生产的热量（温度）由散热片根部传递到顶部的速度，理论上A380比AZ91D会快一倍。即A380材料的散热器根部与顶部的温度差，比AZ91D材料的散热器小。任何的散热都靠热传导、热对流、热辐射的热量传播三种途径，虽然空气导热系数低，但能够尽快的通过空气的热对流、热辐射来传播热量才是散热解决的方式，而光只是去评比散热器根部与顶部的温度差，事实上，对整个散热装置是没有帮助的，因为散热最终的目标还是要空气来降低温度。 这意味着由AZ91D材料制作的散热片根部的空气温度与顶部的空气温度温度差，比A380材料制作的散热片大，只会更会加速散热器内部与外部空气的扩散对流，使散热效率提高。 这里就是散热效果不是完全去考虑从散热片根部传递到顶部的速度，而是如何在短时间内将热度排除与外界的空气多对流。以常州环球镁他们的设计就是尽量去缩短这个距离，让镁合金在体积比较小的情况下，厚度减少，鳍片数量减少。并尽量减少散热器里面的介质接触干扰，期能尽快地作出内部与外部空间的空气对流，并让散热器内部的高温空气直接与镁合金散热器对接，也达到与外界空气对流的效果。 3.实际测试情况： 3-1.我曾经对这种设计的LED灯镁合金散热器与一般的LED灯铝合金散热器进行温度变化测试。测试方式是对灯具进行100℃加热30min后,撤除热源，在室内空气温度25℃下，每隔30sce测定一次温度。结果镁合金散热器，其降温的速度明显大于铝合金散热器，而且在短时间就可以将整个散热器做空气对流的效果。3-2. LED球型灯泡的散热器重量越轻越好:我去称过常州环球镁的镁合金散热器
铝合金散热器材料铝板的拉丝工艺 铝板的拉丝处理是需要在冲压之后再做的，它的拉丝工艺主要可根据装饰需要制成多种的纹路，例如：直纹、乱纹、螺纹、波纹和旋纹等几种。我们分别来介绍接种拉丝工艺： 1.直纹拉丝
直纹拉丝是指在铝板表面用机械磨擦的方法加工出直线纹路。它具有刷除铝板表面划痕和装饰铝板表面的双重作用。直纹拉丝又可以分为连续丝纹和断续丝纹两种。连续丝纹可用百洁布或不锈钢刷通过对铝板表面进行连续水平直线磨擦（如在有靠现装置的条件下手工技磨或用刨床夹住钢丝刷在铝板上磨刷）获取。改变不锈钢刷的钢丝直径，可获得不同粗细的纹路。断续丝纹一般在刷光机或擦纹机上加工制得。 制取原理：采用两组同向旋转的差动轮，上组为快速旋转的磨辊，下组为慢速转动的胶辊，铝或铝合金板从两组辊轮中经过，被刷出细腻的断续直纹。 2.乱纹拉丝 乱纹拉丝是在高速运转的铜丝刷下，使铝板前后左右移动磨
擦所获得的一种无规则、无明显纹路的亚光丝纹。这种加工，对铝或铝合金板的表面要求较高。 3.螺纹拉丝 螺纹拉丝是用一台在轴上装有圆形毛毡的小电机，将其固定在桌面上，与桌子边沿成60度左右的角度，另外做一个装有固定铝板压茶的拖板，在拖板上贴一条边沿齐直的聚酯薄膜用来限制螺纹竞度。利用毛毡的旋转与拖板的直线移动，在铝板表面旋擦出宽度一致的螺纹纹路。 喷砂处理是为了获得膜光装饰或细微反射面的表面，以符合光泽柔和等特殊设计需要。均匀适度的喷砂处理，基本上也可以克服铝材表面的常见缺陷。
4.波纹拉丝 波纹拉丝一般在刷光机或擦纹机上制取。利用上组磨辊的轴向运动，在铝或铝合金板表面磨刷，得出波浪式纹路。 5.旋纹拉丝 旋纹也称旋光，是采用圆柱状毛毡或研石尼龙轮装在钻床
灯珠结温和散热面积计算理论 灯珠结温和散热面积计算理论 一、基础理论 大功率LED的散热问题： LED是个光电器件，其工作过程中只有15%～25%的电能转换成光能，其余的电能几乎都转换成热能，使LED的温度升高。在大功率LED中，散热是个大问题。例如，1个10W白光LED若其光电转换效率为20%，则有8W的电能转换成热能，若不加散热措施，则大功率LED的器芯温度会急速上升，当其结温（TJ）上升超过最大允许温度时（一般是
150℃），大功率LED会因过热而损坏。因此在大功率LED灯具设计中，最主要的设计工作就是散热设计。 另外，一般功率器件（如电源IC）的散热计算中，只要结温小于最大允许结温温度（一般是125℃）就可以了。但在大功率LED散热设计中，其结温TJ要求比125℃低得多。其原因是TJ对LED的出光率及寿命有较大影响：TJ越高会使LED的出光率越低，寿命越短。 K2系列白光LED的结温TJ与相对出光率的关系。在TJ=25℃时，相对出光率为1；TJ=70℃时相对出光率降为0.9；TJ=115℃时，则降到0.8了；TJ=50℃时，寿命为90000小时；TJ=80℃时，寿命降到34000小时；TJ=115℃时，其寿命只有13300小时了。TJ在散热设计中要提出最大允许结温值TJmax,实际的结温值TJ应小于或等于要求的TJmax,即TJ≤TJmax。 大功率LED的散热路径. 大功率LED在结构设计上是十分重视散热的。图2是Lumiled公司K2系列的内部结构、图3是NICHIA公司NCCW022的内部结构。从这两图可以看出：在管芯下面有一个尺寸较大的金属散热垫，它能使管芯的热量通过散热垫传到外面去。 大功率LED是焊在印制板（PCB）上的，如图4所示。散热垫的底面与PCB的敷铜面焊在一起，以较大的敷铜层作散热面。为提高散热效率，采用双层敷铜层的PCB，所示。这是一种最简单的散热结构。热是从温度高处向温度低5其正反面图形如图 处散热。大功率LED主要的散热路径是：管芯→散热垫→印制板敷铜
散热器的选型与计算 以7805为例说明问题. 设I=350mA,Vin=12V,则耗散功率Pd=(12V-5V)*0.35A=2.45W 按照TO-220封装的热阻θJA=54℃/W,温升是132℃,设室温25℃,那么将会达到7805的热保护点150℃,7805会断开输出. 正确的设计方法是: 首先确定最高的环境温度,比如60℃,查出7805的最高结温TJMAX=125℃,那么允许的温升是65℃.要求的热阻是65℃/2.45W=26℃/W.再查7805的热阻,TO-220封装的热阻θJA=54℃/W,均高于要求值,都不能使用,所以都必须加散热片,资料里讲到加散热片的时候,应该加上4℃/W的壳到散热片的热阻. 计算散热片应该具有的热阻也很简单,与电阻的并联一样,即54//x=26,x=50℃/W.其实这个值非常大,只要是个散热片即可满足. 散热器的计算: 总热阻RQj-a=(Tjmax-T a)/Pd Tjmax :芯组最大结温150℃ Ta :环境温度85℃ Pd : 芯组最大功耗 Pd=输入功率-输出功率 ={24×0.75+(-24)×(-0.25)}-9.8×0.25×2 =5.5℃/W
总热阻由两部分构成,其一是管芯到环境的热阻RQj-a,其中包括结壳热阻RQj-C和管壳到环境的热阻RQC-a.其二是散热器热阻RQd-a,两者并联构成总热阻.管芯到环境的热阻经查手册知RQj-C=1.0 RQC-a=36 那么散热器热阻RQd-a应<6.4. 散热器热阻RQd-a=[(10/kd)1/2+650/A]C 其中k:导热率铝为2.08 d:散热器厚度cm A:散热器面积cm2 C:修正因子取1 按现有散热器考虑,d=1.0A=17.6×7+17.6×1×13 算得散热器热阻RQd-a=4.1℃/W, 散热器选择及散热计算 目前的电子产品主要采用贴片式封装器件，但大功率器件及一些功率模块仍然有不少用穿孔式封装，这主要是可方便地安装在散热器上，便于散热。进行大功率器件及功率模块的散热计算，其目的是在确定的散热条件下选择合适的散热器，以保证器件或模块安全、可靠地工作。 散热计算 任何器件在工作时都有一定的损耗，大部分的损耗变成热量。小功率器件损耗小，无需散热装置。而大功率器件损耗大，若不采取散
第8章 损耗与散热设计 开关电源是功率设备，功率元器件损耗大，损耗引起发热，导致元器件温度升高，为了使元器件温度不超过最高允许温度，必须将元器件的热量传输出去，需要散热器和良好的散热措施，设备的体积重量受到损耗限制。同时，输出一定功率时损耗大，也意味着效率低。 8.1热传输 电子元器件功率损耗以热的形式表现出来，热能积累增加元器件内部结构温度，元器件内部温度受最高允许温度限制，必须将内部热量散发到环境中，热量通过传导、对流和辐射传输。当损耗功率与耗散到环境的功率相等时，内部温度达到稳态。 1. 传导 传导是热能从一个质点传到下一个质点，传热的质点保持它原来 的位置的传输过程，如图8-1固体内的热传输。热量从表面温度为T 1 的一端全部传递到温度为T 2的另一端，单位时间传递的能量，即功 率表示为 T R T l T T A P ?=-= )(21λ （8-1） 式中 A l R T λ= （8-2） 称为热阻（℃/ W ）；l －热导体传输路径长度(m)；A －垂直于热传输路径的导体截面积(m 2)；λ－棒材料的热导率(W/m ℃)，含90%铝的热导率为220W/ m ℃，几种材料的热导率如表8-1所示;ΔT ＝T 1－T 2温度差(℃)。 例：氧化铝绝缘垫片厚度为0.5mm ，截面积2.5cm 2，求热阻。 解：由表8-1查得λ＝20 W/m ℃，根据式（8-2）得到 3 4 0.5100.120 2.510t R --?==??℃/ W 式（8-1）类似电路中欧姆定律：功率P 相当于电路中电流，温度差;ΔT 相当于电路中电压。 半导体结的热量传输到周围空气必然经过几种不同材料传输，每种材料有自己的热导率，截面积和长度，多层材料的热传输可以建立热电模拟的热路图。图8-2是功率器件由硅芯片的热传到环境的热通路(a)和等效热路(b)。由结到环境的总热阻为 sa cs jc js R R R R ++= （8-3） 上式右边前两个热阻可以按式（8-2）计算，最后一项的热阻在以后介绍的方法计算。如果功率器件损耗功率为P ，则结温为 a sa cs jc j T R R R P T +++=)( （8-4） 式中R jc ， R cs 及R sa 分别表示芯片结到管壳，管壳到散热器和散热 器到环境热阻。除了散热器到环境的热阻R sa 外，其余两个热阻可以按式(8-2)计算。 (a) (b) 图8-2功率器件热传输和等效热路图
目前市面上散热风扇所使用的散热片材料几乎都是铝合金，只有极少数是使用其他材料。事实上，铝并不是导热系数最好的金属，效果最好的是银，其次是铜，再其次才是铝。但是银的价格昂贵，不太可能拿来做散热片；铜虽笨重，但散热效果和价格上有优势，现在也逐步用来做散热片了；而铝的重量非常轻，兼顾导热性和质量轻两方面，因此，才普遍被用作电子零件散热的最佳材料。铝质散热片并非是百分之百纯铝的，因为纯铝太达于柔软，所以都会加入少量的其他金属，铸造而成为铝合金，以获得适当的硬度，不过铝还是占了约百分之九十八左右。 导热系数的大小表明金属导热能力的大小，导热系数越大，导热热阻值相应降低，导热能力增强。在金属材料中，银的导热系数最高（表），但成本高；纯铜其次，但加工不容易。在风冷散热器中一般用6063T5 铝合金，这是因为铝合金的加工性好（纯铝由于硬度不足，很难进行切削加工）、表面处理容易、成本低廉。但随着散热需求的提高，综合运用各种导热系数高的材料，已是大势所趋。有部分散热片采用了纯铜或铜铝结合的方式来制造。例如，有的散热片底部采用纯铜，是为了发挥铜的导热系数大，传热量相对大的优点，而鳍片部分仍采用铝合金片，是为了加工容易，将换热面积尽可能做大，以便对流换热量增大。但是此种方法最大的难点在于如何将铜与铝型鳍片充分地连接，如果连接不好，接触热阻会大量产生，反而影响散热效果。 各种常用金属材料及铝合金导热系数 材料名称导热系数材料名称导热系数 银99.9% 411 W/m.K 硬铝 4.5%Cu 177 W/m.K 纯铜398 W/m.K 铸铝 4.5%Cu 163 W/m.K 金315 W/m.K Mg,0.6%Mn 148 W/m.K 纯铝237 W/m.K 6061 型铝合金155 W/m.K 1070 型铝合金226 W/m.K 黄铜30%Zn 109 W/m.K 1050 型铝合金209 W/m.K 钢0.5%C 54 W/m.K 6063 型铝合金201 W/m.K 青铜25%Sn 26 W/m.K 金和银的导热性能比较好，但缺点就是价格太高，纯铜散热效果则次之，但已经算是非常优秀的了，不过铜片也有缺点：造价高、重量大、不耐腐蚀等。所以现在大多数散热片都是采用轻盈坚固的铝材料制作的，其中铝合金的热传导能力最好，好的CPU 风冷散热器一般采用铝合金制作。 最好的散热材料并不是铝材。是银，接着是铜，金，再者就是铝。至于金和银，散热固然好，可是它的成本高，制作工艺复杂，最主要的还是成本问题，所以这两种材料是商家不大认同的。 至于铜，目前市场上也不断的出现了纯铜的散热器，采用纯铜的材料并不见得好，铜的导热性能比起铝要快的多，但铜的散热没有铝快，铜可以快速的把热量带走，但无法在短时间内把本身的热量散去，这就很有可能造成在PC关机时热量在短时间内散不去，在CPU上方形成一个无形的热源。另外铜的可氧化性这是铜本身最大的弊病。当铜一旦出现氧化状态，从导热和
热传导计算 随着微电子技术的飞速发展，芯片的尺寸越来越小，同时运算速度越来越快，发热量也就越来越大，如英特尔处理器3.6G 奔腾4终极版运行时产生的热量最大可达115W ，这就对芯片的散热提出更高的要求。设计人员就必须采用先进的散热工艺和性能优异的散热材料来有效的带走热量，保证芯片在所能承受的最高温度以内正常工作。 如图 1所示，目前比较常用的一种散热方式是使用散热器，用导热材料和工具将散热器安装于芯片上面，从而将芯片产生的热量迅速排除。本文介绍了根据散热器规格、芯片功率、环境温度等数据，通过热传导计算来求得芯片工作温度的方法。 芯片的散热过程 由于散热器底面与芯片表面之间会存在很多沟壑或空隙，其中都是空气。由于空气是热的不良导体，所以空气间隙会严重影响散热效率，使散热器的性能大打折扣，甚至无法发挥作用。为了减小芯片和散热器之间的空隙，增大接触面积，必须使用导热性能好的导热材料来填充，如导热胶带、导热垫片、导热硅酯、导热黏合剂、相转变材料等。如图2所示，芯片发出的热量通过导热材料传递给散热器，再通过风扇的高速转动将绝大部分热量通过对流（强制对流和自然对流）的方式带走到周围的空气中，强制将热量排除，这样就形成了从芯片，然后通过散热器和导热材料，到周围空气的散热通路。 表征热传导过程的物理量
在图3的导热模型中，达到热平衡后，热传导遵循傅立叶传热定律： Q="K"·A·(T1-T2)/L (1) 式中：Q为传导热量（W）；K为导热系数（W/m℃）；A 为传热面积（m2）；L为导热长度（m）。(T1-T2)为温度差。 热阻R表示单位面积、单位厚度的材料阻止热量流动的能力，表示为： R＝(T1-T2)/Q＝L/K·A (2) 对于单一均质材料，材料的热阻与材料的厚度成正比；对于非单一材料，总的趋势是材料的热阻随材料的厚度增加而增大，但不是纯粹的线形关系。 对于界面材料，用特定装配条件下的热阻抗来表征界面材料导热性能的好坏更合适，热阻抗定义为其导热面积与接触表面间的接触热阻的乘积，表示如下： Z＝(T1-T2)/(Q/A)＝R·A (3) 表面平整度、紧固压力、材料厚度和压缩模量将对接触热阻产生影响，而这些因素又与实际应用条件有关，所以界面材料的热阻抗也将取决于实际装配条件。导热系数指物体在单位长度上产生1℃的温度差时所需要的热功率，是衡量固体热传导效率的固有参数，与材料的外在形态和热传导过程无关，而热阻和热阻抗是衡量过程传热能力的物理量。 芯片工作温度的计算 如图4的热传导过程中，总热阻R为： R="R1"+R2+R3 (4) 式中：R1为芯片的热阻；R2为导热材料的热阻；R3为散热器的热阻。导热材料的热阻R2为： R2＝Z/A (5) 式中：Z为导热材料的热阻抗，A为传热面积。芯片的工作温度T2为： T2＝T1+P×R (6)
作品编号：DG13485201600078972981 创作者：玫霸* 目前市面上散热风扇所使用的散热片材料几乎都是铝合金，只有极少数是使用其他材料。事实上，铝并不是导热系数最好的金属，效果最好的是银，其次是铜，再其次才是铝。但是银的价格昂贵，不太可能拿来做散热片；铜虽笨重，但散热效果和价格上有优势，现在也逐步用来做散热片了；而铝的重量非常轻，兼顾导热性和质量轻两方面，因此，才普遍被用作电子零件散热的最佳材料。铝质散热片并非是百分之百纯铝的，因为纯铝太达于柔软，所以都会加入少量的其他金属，铸造而成为铝合金，以获得适当的硬度，不过铝还是占了约百分之九十八左右。 导热系数的大小表明金属导热能力的大小，导热系数越大，导热热阻值相应降低，导热能力增强。在金属材料中，银的导热系数最高(表)，但成本高；纯铜其次，但加工不容易。在风冷散热器中一般用6063T5铝合金，这是因为铝合金的加工性好(纯铝由于硬度不足，很难进行切削加工)、表面处理容易、成本低廉。但随着散热需求的提高，综合运用各种导热系数高的材料，已是大势所趋。有部分散热片采用了纯铜或铜铝结合的方式来制造。例如，有的散热片底部采用纯铜，是为了发挥铜的导热系数大，传热量相对大的优点，而鳍片部分仍采用铝合金片，是为了加工容易，将换热面积尽可能做大，以便对流换热量增大。但是此种方法最大的难点在于如何将铜与铝型鳍片充分地连接，如果连接不好，接触热阻会大量产生，反而影响散热效果。 各种常用金属材料及铝合金导热系数 材料名称导热系数材料名称导热系数 银99.9% 411 W/m.K 硬铝4.5%Cu 177 W/m.K 纯铜398 W/m.K 铸铝4.5%Cu 163 W/m.K 金315 W/m.K Mg,0.6%Mn 148 W/m.K 纯铝237 W/m.K 6061型铝合金155 W/m.K 1070型铝合金226 W/m.K 黄铜30%Zn 109 W/m.K 1050型铝合金209 W/m.K 钢0.5%C 54 W/m.K 6063型铝合金201 W/m.K 青铜25%Sn 26 W/m.K 金和银的导热性能比较好，但缺点就是价格太高，纯铜散热效果则次之，但已经算是非常优秀的了，不过铜片也有缺点：造价高、重量大、不耐腐蚀等。所以现在大多数散热片都是采用轻盈坚固的铝材料制作的，其中铝合金的热传导能力最好，好的CPU 风冷散热器一般采用铝合金制作。
征热传导过程的物理量 在图3的导热模型中,达到热平衡后,热传导遵循傅立叶传热定律: Q=K·A·(T1-T2)/L (1) 式中:Q为传导热量(W);K为导热系数(W/m℃);A 为传热面积(m2);L为导热长度(m).(T1-T2)为温度差. 热阻R表示单位面积、单位厚度的材料阻止热量流动的能力,表示为: R＝(T1-T2)/Q＝L/K·A(2) 对于单一均质材料,材料的热阻与材料的厚度成正比;对于非单一材料,总的趋势是材料的热阻随材料的厚度增加而增大,但不是纯粹的线形关系. 对于界面材料,用特定装配条件下的热阻抗来表征界面材料导热性能的好坏更合适,热阻抗定义为其导热面积与接触表面间的接触热阻的乘积,表示如下: Z＝(T1-T2)/(Q/A)＝R·A (3) 表面平整度、紧固压力、材料厚度和压缩模量将对接触热阻产生影响,而这些因素又与实际应用条件有关,所以界面材料的热阻抗也将取决于实际装配条件.导热系数指物体在单位长度上产生1℃的温度差时所需要的热功率,是衡量固体热传导效率的固有参数,与材料的外在形态和热传导过程无关,而热阻和热阻抗是衡量过程传热能力的物理量. 芯片工作温度的计算 如图4的热传导过程中,总热阻R为: R=R1+R2+R3 (4) 式中:R1为芯片的热阻;R2为导热材料的热阻;R3为散热器的热阻.导热材料的热阻R2为: R2＝Z/A (5) 式中:Z为导热材料的热阻抗,A为传热面积.芯片的工作温度T2为:
T2＝T1+P×R (6) 式中:T1为空气温度;P为芯片的发热功率;R为热传导过程的总热阻.芯片的热阻和功率可以从芯片和散热器的技术规格中获得,散热器的热阻可以从散热器的技术规格中得到,从而可以计算出芯片的工作温度T2. 实例 下面通过一个实例来计算芯片的工作温度.芯片的热阻为1.75℃/W,功率为5W,最高工作温度为90℃,散热器热阻为1.5℃/W,导热材料的热阻抗Z为5.8℃cm2/W,导热材料的传热面积为5cm2,周围环境温度为50℃.导热材料理论热阻R4为: R4＝Z/A＝5.8 (℃·cm2/W)/ 5(cm2)=1.16℃/W(7) 由于导热材料同芯片和散热器之间不可能达到100%的结合,会存在一些空气间隙,因此导热材料的实际热阻要大于理论热阻.假定导热材料同芯片和散热器之间的结合面积为总面积的60%,则实际热阻R3为: R3＝R4/60%＝1.93℃/W(8) 总热阻R为: R=R1+R2+R3=5.18℃/W (9) 芯片的工作温度T2为: T2＝T1+P×R＝50℃+(5W× 5.18℃/W)＝75.9℃ (10) 可见,芯片的实际工作温度75.9℃小于芯片的最高工作温度90℃,处于安全工作状态. 如果芯片的实际工作温度大于最高工作温度,那就需要重新选择散热性能更好的散热器,增加散热面积,或者选择导热效果更优异的导热材料,提高整体散热效果,从而保持芯片的实际工作温度在允许范围以内(作者:方科 )转载
铝制散热器的泄漏原因 氧化铝，通常称为“铝氧”，是一种白色无定形粉状物，俗称矾土 难溶于水的白色固体。无臭。无味。质极硬。易吸潮而不潮解。两性氧化物，能溶于无机酸和碱性溶液中，几乎不溶于水及非极性有机溶剂。相对密度(d204)4.0。熔点约2000℃。 由于材质的腐蚀原理不同，所以铝制散热器抗氧化腐蚀能力强，但却容易发生碱腐蚀和氯离子腐蚀，所以当一个供热系统的水质呈碱性（PH值高于7）、或氯离子含量较高（含盐量大）时，散热器就存在腐蚀漏水的隐患。 另外提醒消费者：由于铝合金比其他常用的金属活跃，容易产生电化学腐蚀，应避免铝合金散热器与其他材料混合安装。 《汽车用铝合金散热器穿孔泄漏原因分析》 https://www.doczj.com/doc/de10617039.html,/Article/CJFDTotal-ZXDB201033051.htm 【摘要】：某厂铝合金汽车散热器在投入使用仅数天后,即发生穿孔泄漏现象。经过检查发现在散热器管的内表面较均匀的分布着腐蚀点,形貌上属于点腐蚀。点蚀孔及散热管内表面的能谱分析均检出有氯元素,对冷却液进行化学分析发现其氯离子含量偏高,某样品中氯离子含量甚至高达187mg/L。铝散热器的点蚀穿孔泄漏是由于使用环境介质中氯离子对铝合金材料表面钝化膜的破坏造成的;冷却液是环境介质中的氯离子的重要来源。 《铝合金散热器的腐蚀原因》 https://www.doczj.com/doc/de10617039.html,/Article/CJFDTotal-DQGZ199904030.htm 散热器泄漏原因分析 钢、铝散热器在使用过程中出现穿孔泄漏现象，原因是多方面的，大致可分为两方面：一是散热器的加工焊结质量，二是散热器在管理不善的供热系统中运行。所谓腐蚀，是指材料与其周围环境发生的反应，而引起构件、系统发生破坏、变质
芯片散热的热传导计算(图) 讨论了表征热传导过程的各个物理量，并且通过实例，介绍了通过散热过程的热传导计算来求得芯片实际工作温度的方法 随着微电子技术的飞速发展，芯片的尺寸越来越小，同时运算速度越来越快，发热量也就越来越大，如英特尔处理器3.6G奔腾4终极版运行时产生的热量最大可达115W，这就对芯片的散热提出更高的要求。设计人员就必须采用先进的散热工艺和性能优异的散热材料来有效的带走热量，保证芯片在所能承受的 最高温度以内正常工作。 如图1所示，目前比较常用的一种散热方式是使用散热器，用导热材料和工具将散热器安装于芯片上面，从而将芯片产生的热量迅速排除。本文介绍了根据散热器规格、芯片功率、环境温度等数据，通过热传导计算来求得芯片工作温 度的方法。 图1散热器在芯片散热中的应用 芯片的散热过程 由于散热器底面与芯片表面之间会存在很多沟壑或空隙，其中都是空气。由于空气是热的不良导体，所以空气间隙会严重影响散热效率，使散热器的性能大打折扣，甚至无法发挥作用。为了减小芯片和散热器之间的空隙，增大接触面积，必须使用导热性能好的导热材料来填充，如导热胶带、导热垫片、导热硅酯、导热黏合剂、相转变材料等。如图2所示，芯片发出的热量通过导热材料传递给散热器，再通过风扇的高速转动将绝大部分热量通过对流（强制对流和自然对流）的方式带走到周围的空气中，强制将热量排除，这样就形成了从芯片，然后通过散热器和导热材料，到周围空气的散热通路。 图2芯片的散热 表征热传导过程的物理量
图3一维热传导模型 在图3的导热模型中，达到热平衡后，热传导遵循傅立叶传热定律： Q=K·A·(T1-T2)/L (1) 式中：Q为传导热量（W）；K为导热系数（W/m℃）；A 为传热面积（m2）；L 为导热长度（m）。(T1-T2)为温度差。 热阻R表示单位面积、单位厚度的材料阻止热量流动的能力，表示为： R＝(T1-T2)/Q＝L/K·A (2) 对于单一均质材料，材料的热阻与材料的厚度成正比；对于非单一材料，总的趋势是材料的热阻随材料的厚度增加而增大，但不是纯粹的线形关系。 对于界面材料，用特定装配条件下的热阻抗来表征界面材料导热性能的好坏更合适，热阻抗定义为其导热面积与接触表面间的接触热阻的乘积，表示如 下： Z＝(T1-T2)/(Q/A)＝R·A (3) 表面平整度、紧固压力、材料厚度和压缩模量将对接触热阻产生影响，而这些因素又与实际应用条件有关，所以界面材料的热阻抗也将取决于实际装配条件。导热系数指物体在单位长度上产生1℃的温度差时所需要的热功率，是衡量固体热传导效率的固有参数，与材料的外在形态和热传导过程无关，而热阻和热阻抗是衡量过程传热能力的物理量。 图4芯片的工作温度 芯片工作温度的计算 如图4的热传导过程中，总热阻R为： R=R1+R2+R3 (4) 式中：R1为芯片的热阻；R2为导热材料的热阻；R3为散热器的热阻。导热材 料的热阻R2为： R2＝Z/A (5) 式中：Z为导热材料的热阻抗，A为传热面积。芯片的工作温度T2为： T2＝T1+P×R (6) 式中：T1为空气温度；P为芯片的发热功率；R为热传导过程的总热阻。芯片的热阻和功率可以从芯片和散热器的技术规格中获得，散热器的热阻可以从散热器的技术规格中得到，从而可以计算出芯片的工作温度T2。 实例 下面通过一个实例来计算芯片的工作温度。芯片的热阻为1.75℃/W，功率为5W，最高工作温度为90℃，散热器热阻为1.5℃/W，导热材料的热阻抗Z为5.8℃cm2/W，导热材料的传热面积为5cm2，周围环境温度为50℃。导热材料
铝材散热器设计规范 热器挤压模设计 1 前言 由于铝合金型材，的导热性能较好，因此，在铝合金的挤压型材中，各种类型的散热器型材巳被广泛地应用在电器、机械等行业中。 散热器型材其结构均是由多个齿形组成，为了提高散热效率，增大散热面积，在每个齿上大都布有多个尖牙，这种结构虽然有效地提高了散热效率，改善了散热效果，增加了散热面积，但是却给型材挤压带来了很大的阻力。 对于如图1所示的每个齿形的悬臂较小、其舌比小于3的散热器型材，采用普通平模的设计结构即可实现正常的型材挤压。而对于如图2所示的带有大悬臂的散热能型材，山于其舌比大于3，采用普通的平模设计结构，在型材挤爪时极易造成模只从齿根部断裂，致使模具报废。因此，对于大悬臂的散热器型材，必须改变常用的设计方案，以避免上述断裂现象的发生。 2 截面分析 图2为某带有大悬臂的散热器型材的截面设计图。从图中可知，此散热器型材其截面外形长度为170mm，高度为45mm，设计有14个35mm高的齿形，两齿间距为1Omm,，在每个齿形的两侧布有0.5mm高，1mm间距的尖牙。从其标注的尺寸上可计算出此散热器型材悬臂处舌比为：(45-10)/(10-3):4.69＞3，在各齿间存在着危险断面。特别是该截面的底部壁厚较厚(达1Omm)，而齿部最薄处的壁厚仅有1.5mm，截面壁厚相差悬殊，更增大了危险断面的断裂系数。
另外，从图中的技术要求巾得知，挤压此型材的挤压筒内径仅为∮170mm，而此型材截面的外接圆直径却达∮175.8mm，大于挤压筒内径尺寸，要实现此型材的正常挤压难度极大。 纯铝散热器是最为常见的散热器。纯铝散热器制造工艺简单，成本低，目前仍然占据着相当一部分市场。最常用的加工手段是铝挤压技术。评价一款纯铝散热器的主要指标是散热器底部的厚度和现Pin-Fin比。Pin是指散热片的鳍片的高度，Fin是指相邻的两枚鳍片之间的距离。Pin-Fin比是用Pin的高度（不含底座厚度）除以Fin，Pin-Fin 比越大意味着散热器的有效散热面积越大。代表铝挤压技术越先进。 纯铜散热器 纯铝散热器是最为常见的散热器。纯铝散热器制造工艺简单，成本低，目前仍然占据着相当一部分市场。最常用的加工手段是铝挤压技术。评价一款纯铝散热器的主要指标是散热器底部的厚度和现Pin-Fin比，Pin是指散热片的鳍片的高度，Fin是指相邻的两枚鳍片之间的距离。Pin-Fin比是用Pin的高度（不含底座厚度）除以Fin，Pin-Fin 比越大意味着散热器的有效散热面积越大。代表铝挤压技术越先进。目前纯铝散热器的这个比值的最高的值是20。一般这个比值能达到15~17，散热器本体的品质就很不错了。Pin-Fin比高于18，则表明散热器是一款高档产品。目前处理器发热使得纯铝散热器已经很难再适应，但这只是一种观念。纯铝散热器真的不行了吗？我们将通过测试来评价这一结论。 散热片的制造工艺有很多，效果也各有千秋。其中最常见的就是铝挤压工艺（Extruded）。 铝挤压的技术相对简单，适合大批量制作散热器。
散热器散热量计算 散热器散热量计算；散热量是散热器的一项重要技术参数，每一种散热器出；现介绍几种简单的计算方法：；（一）根据散热器热工检验报告中，散热量与计算温差；铜铝复合74×60的热工计算公式（十柱）是：；Q=5.8259×△T（十柱）；1.标准散热热量：当进水温度95℃,出水温度70；十柱散热量:；Q=5.8259×64.5=1221.4W；每柱散热量；1224.4W÷ 散热器散热量计算 散热量是散热器的一项重要技术参数，每一种散热器出厂时都标有标准散热量（即△T=64.5℃时的散热量）。但是工程所提供的热媒条件不同，因此我们必须根据工程所提供的热媒条件，如进水温度、出水温度和室内温度，计算出温差△T，然后根据各种不同的温差来计算散热量，△T的计算公式：△T＝（进水温度+出水温度）／2-室内温度。 现介绍几种简单的计算方法： （一）根据散热器热工检验报告中，散热量与计算温差的关系式来计算。在热工检验报告中给出一个计算公式Q=m×△Tn,m和n在检验报告中已定，△T可根据工程给的技术参数来计算，例：铜铝复合74×60的热工计算公式（十柱）是： Q=5.8259×△T （十柱） 1.标准散热热量：当进水温度95℃,出水温度70℃,室内温度18℃时：△T =（95℃+70℃）/2-18℃=64.5℃
十柱散热量: Q=5.8259×64.5 =1221.4W 每柱散热量 1224.4 W÷10柱＝122 W／柱 2.当进水温度80℃,出水温度60℃,室内温度18℃时： △T =（80℃+60℃）/2-18℃=52℃ 十柱散热量: Q=5.8259×52 =926W 每柱散热量 926 W÷10柱＝92.6W／柱 3.当进水温度70℃,出水温度50℃,室内温度18℃时： △T =（70℃+50℃）/2-18℃=42℃ 十柱散热量: Q=5.8259×42 =704.4W 每柱散热量 704.4W ÷10柱＝70.4W／柱 （二）从检验报告中的散热量与计算温差的关系曲线图像中找出散热量： 我们先在横坐标上找出温差，例如64.5℃，然后从这一点垂直向上与曲线相交M点，从M点向左水平延伸与竖坐标相交的那一点，就是它的散热量（W）。 （三）利用传热系数Q=K·F·△T
关于散热片的几种基本材质 散热片是一种给电器中的易发热电子元件散热的装置，多由铝合金，黄铜或青铜做成板状，片状，多片状等。 各种材质的散热片有各自的优缺点，我们需根据自己的情况选择不同材质的散热片。首先让我们对散热片的几种基本材质做一下了解吧。 钢制散热片: 优点：外型美观，彻底改变传统铸铁散热片粗陋的外观形象;散热片厚度变薄，厚度仅有5厘米，较少占用居室空间; 造型多样，满足现代人追求个性化的需求;色彩丰富，适应不同色彩的家居装饰风格;重量轻，水容量小，使用更加环保; 缺点：如果不采取内防腐工艺，会发生散热片腐蚀漏水。 铝制散热片： 优点：质量轻，散热快，价格比较低廉。 缺点：我国市场上销售的大部分为挤压成型的铝型材，经过焊接而成的散热片。部分厂家生产的产品焊接点强度不能保证，容易出现漏水问题。另外铝制散热片不适于碱性水质，原因：铝与水中的碱反应，繁盛碱性腐蚀，导致铝材穿孔，散热片漏水。铝制散热片造型简单，装饰性差属于低档的散热片。 铜制散热片： 优点：铜具有一般金属的强度，同时又不容易断裂、不易折断，并具有一定的抗冲击能力。铜之所以能有如此优良稳定的性能是由于铜在化学排序中的序位很低，仅高于银、铂、金，性能稳定，不易被腐蚀，不会有杂质溶入水中，能是
水保持清洁卫生。因此铜管暖气使用起安全可靠，甚至无需维护和保养。铜管在高温条件下仍能保持其形状和强度，也不会有长期老化的现象。 缺点：价格比较高。 我们在选择散热片的时候要分清材质特性，按水质选用不同的材质。专家建议：如果居住的小区为分户供暖，市场上的散热片基本都可以选用。如果为集中供暖，则水质差别较大，需要根据小区的水质来选择，比如水质含碱量高就不宜采用铝制散热片，宜选用钢制散热片。 当水中含氧量较大，就不宜选用钢制的，宜选用内层做过防腐处理的钢制散热片或者是铝制散热片等。 一般情况下铜铝符合和新型铸铁的对水质要求不高。另外，各个房间所应用的散热片材质最好是相同或者是近似的，以免发生电化学反应而腐蚀。 湖南世友采暖小编提醒您在选购散热片时，要根据房屋具体情况而定，使用什么材质的散热片，同时配合优化工作也要做好，保证安全使用提高散热片使用寿命。
散热器扩散热阻的计算 Accident? Consider the scenario where a designer wishes to incorporate a newly developed device into a system and soon learns that a heat sink is needed to cool the device. The designer finds a rather large heat sink in a catalog which marginally satisfies the required thermal criteria. Due to other considerations, such as fan noise and cost constraints, an attempt to use a smaller heat sink proved futile, and so the larger heat sink was accepted into the design. A prototype was made which, unfortunately, burned-out during the initial validation test, the product missed the narrow introduction time, and the project was canceled. What went wrong? The reasons could have been multi-fold. But, under this scenario, the main culprit could have been the spreading resistance that was overlooked during the design process. It is very important for heat sink users to realize that, unless the heat sink is custom developed for a specific application, thermal performance values provided in vendor's catalogs rarely account for the additional resistances coming from the size and location considerations of a heat source. It is understandable that the vendors themselves could not possibly know what kind of devices the users will be cooling with their products. Figure 1 - Normalized local temperature rise with heat sources of different size; from L to R, source area = 100%, 56%, 25%, 6%, of heat-sink area Introduction Spreading or constriction resistances exist whenever heat flows from one region to another in different cross sectional area. In the case of heat sink applications, the spreading resistance occurs in the base-plate when a heat source of a smaller footprin footprint area is mounted on a heat sink with a larger base-plate area. This results in a higher local temperature at the location where the heat source is placed. Figure 1 illustrates how the surface temperature of a heat sink base-plate would respond as the size of the heat source is progressively reduced from left to right with all other