热管及电子产品散热技术

0.54°C/W
(A)
(B)
From:Thermacore
(C)
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平板型熱管
Temperature Rise (oC)
Temperature Rise Distrubution(oC)
80
Experimental, kb=237W/mK
Numerical
70
Experimental, kb=
空氣入口
散熱片
風扇
空氣出口
熱管
CPU
鋁板
金屬塊 CPU
空氣
風扇 熱管
散熱鰭片 空氣
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擴散熱阻
散熱片 電子元件
Q hATs Tair
From:Thermacore
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擴散熱阻
R spreading
Ab As kAb Rfinair tanh(t) k Ab As 1 kAb Rfinair tanh(t)
散熱片
最小鰭 片高度
最大 細長比
鰭片 間距
材料
傳統製程 擠製 壓鑄
1
1
接合 0.75
革新製程 折彎 改良型 鍛造
壓鑄
0.25 0.2 0.4
12:1 10:1 60:1 40:1 >50 50:1
3.2 2 0.8 1.25 0.2 1
鋁 鋁鋅 鋁、銅 鋁、銅 鋁鋅 鋁
合金
合金
刨床 0.3
機械 加工
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熱管
傳熱能力增加
低
溫
中溫
高
溫
氖 氫
甲烷 氧
氮
水 氨 甲醇 丙酮
苯 F-11 F-21
鈉 汞
鉀 銫
銀 鋰
10
50
100
500 1000
5000
溫度，K
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熱管限制
加熱功率
聲速限
毛細限
Baidu Nhomakorabea
攜帶限
黏性限
沸騰限
溫度
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Remote Heat Exchanger
3
1
2
As
Ab
Rspreading fn As , Ab , k, , R finair , t
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Intel P4-478pin package
From:Intel
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ITRI平板型熱管
100㎜*40㎜*2.8㎜
平板熱組： 0.07oC/W
分散熱阻: 銅減少17%，而平板型熱管減少93﹪。
180 W/m oC
380 W/m oC 2,000 W/m oC
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熱管
管殼
管壁
工作流體
毛細結構
溝槽
燒結金屬
金屬網
熱量輸入 熱量輸入
毛細結構
汽相流體
管壁
液相流體 液相流體
熱量輸出
熱量輸出
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熱管
較大的傳熱能力 較高的等溫性 具有熱流密度變換功能 重量輕 無可動件
總熱阻: 銅減少5﹪，而平板型熱管減少27﹪。
均溫性: 鋁:溫差為14.21℃， 銅:溫差為12.81℃， 平板型熱管僅為5.62℃。
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平板型熱管
(A)
(B)
0.96°C/W (C)
0.61°C/W
Nature Convection Heater:1.3* 6.3 cm Heat Sink:23 cm x 12 cm x 5 cm P:75W
溫度，oC
From:MIL-HDBK-2178B
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產品趨勢
輕薄短小 高性能 多功能
尺寸
成本
功率密度
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散熱技術與能力
Heatsink Technology Selection
Cost and Capability
Cost ($)
Liquid Cooling
Skived
Power (Watts)
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散熱設計
Component Board System
From:Y.A. engel
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散熱方式
Convection
Radiation Conduction
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熱傳機制
➢熱傳導
Q kAT L
➢熱對流 自然對流 強制對流
Q hATs Tair
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熱傳機制
➢熱輻射
Q A1 F12 T14 T24
放射率
Al, Polished 0.05 Al, Tarnished 0.1 Al, Anodized 0.7-0.95 Cu, Polished 0.06 Cu, Tarnished 0.25-0.7
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Extruded heatsinks
散熱片
Folded fin heatsinks
Cold-forged heatsinks
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散熱片
Bonded/fabricated fin heatsinks
Skived fin heatsinks
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60
Numerical
50
40
30
20
10
0
10
20
30
40
50
60
Input Power (W)
Heater:1.5*1.5cm2 Heat sink:6.75*6.75cm2 V: 4.56m/s Ta:22oC Pmax:120W
Conduction Optimizations (Thermal Flux)
Convection Optimizations (Power Dissipation)
Vapor Chamber Copper Base
Folded Fin (Brazed)
Folded Fin (Epoxy)
Extruded Aluminum
0.5
50:1 50:1
0.5 1
鋁 鋁、銅
From: 金屬中心
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散熱片
Embeded Copper Heat Spreader
Heat Pipe Heat Sink
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熱傳導係數
材質 熱管
鋁
銅 鑽石
熱傳導係數 50,000 – 200,000W/m oC
熱管及電子產品散熱技術
簡國祥 熱流組燃燒與熱傳研究室
工研院能資所
11/06/2002
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報告內容
➢熱傳機制 ➢散熱元件與技術
➢散熱模組
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溫度的影響
熱加速因子,TF
9
TF=T的失效率/75oC的失效率
8
7
6 5 4 3 2
1
20 40 60 80 100 120 140
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熱阻
CA
Tc
TA P
From:Intel
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風扇 鼓風扇
風扇
風扇性能曲線
靜
高阻抗系統
系統阻抗 壓
操作點
低阻抗系統
風量
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風扇
風扇性能曲線
風扇 A 風扇 B
•
Q m Cp T
靜
高阻抗系統
系統阻抗
壓
低阻抗系統
串聯？ 並聯？
風量