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電子散熱器


電子散熱器通常是針對大功率電子元器件散熱的散熱片,沒有外加電源,自然冷卻,大多數(shù)都是制成鋁合金型材,根據(jù)元器件大小切斷成需要的尺寸,例如大功率開關(guān)管或三極管的散熱片。當(dāng)然特殊情況下超大功率的電子元件也有帶散熱風(fēng)扇的,例如開關(guān)電源的開關(guān)管就必須加裝散熱風(fēng)扇。


散熱器種類沒有嚴格的定義,也沒有嚴格的分類方法。通常根據(jù)散熱器加工方法、冷卻方法、專業(yè)用途、使用材料、使用功率、散熱器特點等分類。

(1) 按加工方法分。有插指形散熱器(板料沖壓成型)、型材散熱器(擠壓成型材)、插片散熱器、鑄造散熱器等。

(2) 按冷卻方法分。有自然冷卻散熱器、風(fēng)冷散熱器、液冷散熱器(水冷散熱器、油冷散熱器)、冷板散熱器、熱管散熱器等。

(3) 按專業(yè)用途分。有功率器件散熱器、模塊用散熱器、電阻散熱器、變頻散熱器、機箱一體化散熱器、電機機殼一體化散熱器、電焊機散熱器、電源散熱器、顯卡散熱器、IT散熱器等。

(4) 按使用材料分。有鋁散熱器、銅散熱器、鋼散熱器。

(5) 按使用功率分。有小功率散熱器、中功率散熱器、大功率散熱器。

(6) 按散熱器特點分。有西竹散熱器(兩高肋片中間加短肋片,高、短肋片均有小齒,散熱面積大,模具費高)、密齒型材散熱器(齒密、齒高、散熱面積大,模具加工難度大、模具費高、適用于大功率風(fēng)冷)、組合散熱器(由兩個零件或兩個零件以上通過機械或?qū)S玫募庸し椒ǘ鴺?gòu)成的散熱器,如型材組合散熱器等)。[1] 
3選購電子散熱器
散熱器的最后成交價格與所選散熱器的規(guī)格型號、數(shù)量、交貨方式、付款方式有關(guān),有一點需要用戶特別注意鋁散熱器通常采用純鋁或6063合金來制造,這兩種材質(zhì)都有很好的導(dǎo)熱性與之相比雜鋁的導(dǎo)熱性則差數(shù)倍;(其導(dǎo)熱系數(shù)請見【相關(guān)數(shù)據(jù)】)由于散熱器成本一半以上是材料費,雜鋁的價格是低廉的;因此對特別便宜的散熱器,購買時要考慮因材質(zhì)造成的散熱性能的損失。
首先確定要散熱的電子元器件,明確其工作參數(shù),工作條件,尺寸大小,安裝方式,選擇散熱器的底板大小比元器件安裝面略大一些即可,因為安裝空間的限制,散熱器主要依靠與空氣對流來散熱,超出與元器件接觸面的散熱器,其散熱效果隨與元器件距離的增加而遞減。對于單肋散熱器,如果所需散熱器的寬度在表中空缺,可選擇兩倍或三倍寬度的散熱器截斷即可。
關(guān)于散熱器選擇的計算方法
散熱計算公式:
Rtf =(Tj-Ta)/Pc - Rtj -Rtc
散熱器熱阻Rff 是選擇散熱器的主要依據(jù)。Tj 和Rtj 是半導(dǎo)體器件提供的參數(shù),Pc是設(shè)計要求的參數(shù),Rtc 可從熱設(shè)計專業(yè)書籍中查表。
(1) 計算總熱阻Rt:Rt= (Tjmax-Ta)/Pc
(2) 計算散熱器熱阻Rtf 或溫升ΔTfa:Rtf = Rt-Rtj-Rtc ΔTfa=Rtf×Pc
(3)確定散熱器:按照散熱器的工作條件(自然冷卻或強迫風(fēng)冷),根據(jù)Rtf 或ΔTfa和 Pc 選擇散熱器,查所選散熱器的散熱曲線(Rtf 曲線或ΔTfa線),曲線上查出的值小于計算值時,就找到了合適的散熱器。
對于型材散熱器,當(dāng)無法找到熱阻曲線或溫升曲線時,可以按以下方法確定:
按上述公式求出散熱器溫升ΔTfa,然后計算散熱器的綜合換熱系數(shù)α:
α=7.2ψ1ψ2ψ3{√√ [(Tf-Ta)/20]}
式中:
ψ1─── 描寫散熱器L/b對α的影響,(L為散熱器的長度,b為兩肋片的間距);
ψ2─── 描寫散熱器h/b對α的影響,(h為散熱器肋片的高度);
ψ3─── 描寫散熱器寬度尺寸W增加時對α的影響;
√√ [(Tf-Ta)/20]───描寫散熱器表面最高溫度對周圍環(huán)境的溫升對α的影響;
以上參數(shù)可以查表得到。
計算兩肋片間的表面所散的功率q0
q0 =α×ΔTfa×(2h+b)×L
根據(jù)單面帶肋或雙面帶肋散熱器的肋片數(shù)n,計算散熱功率Pc′
單面肋片:Pc′=nq0
雙面肋片:Pc′=2nq0
若Pc′ >Pc 時則能滿足要求。
參數(shù)定義:
Rt─── 總內(nèi)阻,℃/W;
Rtj─── 半導(dǎo)體器件內(nèi)熱阻,℃/W;
Rtc─── 半導(dǎo)體器件與散熱器界面間的界面熱阻,℃/W;
Rtf─── 散熱器熱阻,℃/W;
Tj─── 半導(dǎo)體器件結(jié)溫,℃;
Tc─── 半導(dǎo)體器件殼溫,℃;
Tf─── 散熱器溫度,℃;
Ta─── 環(huán)境溫度,℃;
Pc─── 半導(dǎo)體器件使用功率,W;
ΔTfa ─── 散熱器溫升,℃;[2] 
4電子散熱器注意事項
電子散熱器是一種加快發(fā)熱體熱量散發(fā)的裝置,衡量一個散熱器的好壞有兩點:散熱和靜音。計算機部件中大量使用集成電路。眾所周知,高溫是集成電路的大敵。高溫不但會導(dǎo)致系統(tǒng)運行不穩(wěn),使用壽命縮短,甚至有可能使某些部件燒毀。導(dǎo)致高溫的熱量不是來自計算機外,而是計算機內(nèi)部,或者說是集成電路內(nèi)部。電子散熱器的作用就是將這些熱量吸收,然后發(fā)散到機箱內(nèi)或者機箱外,保證計算機部件的溫度正常。多數(shù)散熱器通過和發(fā)熱部件表面接觸,吸收熱量,再通過各種方法將熱量傳遞到遠處,比如機箱內(nèi)的空氣中,然后機箱將這些熱空氣傳到機箱外,完成計算機的散熱。散熱器的表面質(zhì)量要求
1.1散熱體表面應(yīng)無縮孔、銹蝕、裂紋等缺陷;
1.2平板形散熱器的金屬緊固件(壓板、壓蓋、碟形彈簧)、水冷散熱體的導(dǎo)電片應(yīng)加鍍層保護;
1.3散熱體臺面的表面粗糙度Ra最大允許值為3.2,m;
1.4散熱體臺面的平面度不低于9級;
1.5用于濕熱帶電力半導(dǎo)體器件的散熱器(包括散熱體、緊固件和絕緣件),表面應(yīng)經(jīng)防護處理,其耐潮濕、耐鹽霧和耐霉菌的能力應(yīng)符合相應(yīng)的熱帶電力半導(dǎo)體器件標(biāo)準(zhǔn);
1.6散熱器專用的緊固件和絕緣件應(yīng)符合GBB446.3(電力半導(dǎo)體器件用散熱器絕緣件和緊固件》
1.7散熱器與電力半導(dǎo)體安裝的緊固力矩或緊固壓力應(yīng)符合器件產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)定;
1.8平板形散熱體臺面的安裝中心定位銷尺寸:直徑中2.5mm,高出臺面lmmo使用環(huán)境條件的要求
2.1對冷卻水的水質(zhì)應(yīng)有一定要求循環(huán)水的電阻率應(yīng)不低于2.5Ki2 , PH值在6}9之間;進口水溫度不高于35℃、水流量為4一8L/min;
2.2當(dāng)用于高電壓或較高電壓器件時,必須確保上述水質(zhì)的要求或更高水質(zhì)的要求;
2.3水冷散熱器在工作時,應(yīng)特別注意防漏水、防堵塞、防凝露。
2.4風(fēng)冷散熱器安裝時,散熱器葉片應(yīng)沿冷卻風(fēng)氣流方向;進口空氣溫度不高于400C、進口端風(fēng)速為4 - 6mls;
2.5由于風(fēng)冷散熱器具有風(fēng)阻參數(shù)的特點,選用整機中的散熱器時,應(yīng)根據(jù)負載要求和風(fēng)機能力,查散熱器熱阻、流阻與風(fēng)速的關(guān)系曲線,綜合考慮散熱器熱阻和風(fēng)阻兩個參數(shù)。劣質(zhì)散熱器的危害與鑒別
市場上出現(xiàn)了大量價低質(zhì)次的劣質(zhì)散熱器,這種散熱器無論從散熱體材質(zhì)、加工要求、部件質(zhì)量等方面都與國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定有較大差距,在使用中對器件的壽命和整機質(zhì)量有較大影響。用戶在選用時可從以下方面加以鑒別:
3.1材質(zhì)(純度、厚度、加工精度等)和制造工藝(鑄造產(chǎn)生的裂紋、縮孔等)的好壞,低劣的材質(zhì)及粗糙有缺陷的工藝,將直接引響散熱器的導(dǎo)熱系數(shù);
3.2散熱器接觸臺面的表面粗糙度和平面度,直接影響接觸熱阻及壓降;
3.3散熱器用碟型彈簧,應(yīng)保證經(jīng)24小時壓平后,自由高度應(yīng)穩(wěn)定,否則使用一段時間后彈簧可能失效,將導(dǎo)致散熱器與管芯的接觸不良。散熱器更換元件重復(fù)使用應(yīng)注意的問題
在安裝散熱器時,需要很大的壓力或力矩。由于散熱體臺面的直徑大于管芯的直徑,在此壓力或力矩的作用下,散熱體臺面必然會變形。如果再將相同直徑或更大直徑的管芯,裝在散熱器上,則導(dǎo)致臺面與管芯表面之間的接觸狀況不良,從而不能保證良好的散熱效果。
如果用戶需要重復(fù)使用散熱器,則一定要保證散熱體臺面的表面粗糙度、平行度和平面度滿足要求,否則在運行中極易因過熱而損壞器件。尤其是水冷系列散熱器,在重復(fù)使用前,一定要仔細檢查其臺面變形情況,如有明顯下陷現(xiàn)象,則應(yīng)更換。
為了保證良好的散熱條件,每只管芯應(yīng)具有相應(yīng)的散熱器匹配。[3] SS系列散熱器凝露的防止
濕熱季節(jié),水冷散熱器容易出現(xiàn)凝露現(xiàn)象,如果不加注意,極容易引起設(shè)備絕緣下降引發(fā)短路故障。對多數(shù)使用環(huán)境來說,需要注意以下事項以防止凝露。
5.1在濕熱季節(jié),注意環(huán)境溫度與冷卻水溫差不小于5℃;
5.2停電時,應(yīng)在關(guān)閉閘刀后隨即停水;啟動時,應(yīng)在通水后隨即合閘,分合閘操作與斷通水操作緊緊相連,順序不可顛倒。高頻場合下的使用
當(dāng)器件工作于6KHz以上的電流頻率下時,應(yīng)考慮散熱器本身緊固螺桿、壓蓋等部件的發(fā)熱效應(yīng),用戶在安裝布置器件時,應(yīng)注意避免使上述部件處于感應(yīng)加熱效應(yīng)強烈的位置;必要時,可考慮采用不銹鋼材料。
鋼管型散熱器在歐洲問世后,就以其尊貴典雅、豐富多彩的面貌風(fēng)靡世界。1998年,建設(shè)部和中國建設(shè)機械總公司率先將歐洲森德鋼管散熱器引進中國,其精湛工藝、高檔品質(zhì)、華麗外表和昂貴價格,令商家和消費者用戶耳目一新,受到了萬千大眾的喜愛和美譽。現(xiàn)在此類產(chǎn)品已經(jīng)成為散熱器市場最暢銷的產(chǎn)品之一,建設(shè)部專門為該類產(chǎn)品制定了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。于是鋼管散熱器成為國家建設(shè)部提倡推廣的主打散熱器產(chǎn)品,也是目前我國市場占有率最高的散熱器。
經(jīng)過數(shù)年的實際使用,人們發(fā)現(xiàn)鋼管散熱器的美中不足,就是鋼管型散熱器安裝使用一段時間以后,容易在焊縫處出現(xiàn)滲漏水的問題。專家們在仔細分析之后發(fā)現(xiàn)有兩個主要原因:第一客觀因素,這種引進產(chǎn)品不完全符合中國國情,我國目前的供暖運行管理還很不規(guī)范,供暖水質(zhì)也不好,水的含氧量較高,容易氧化腐蝕鋼鐵;第二主觀因素,這種引進產(chǎn)品是由薄型鋼板通過卷壓焊接工藝而成型的,焊點太多,焊縫太長。①片頭(即分水器)是由兩塊薄型鋼板分別卷壓再焊接成型的,自然形成片頭一周的焊縫,包括片頭最頂端易積水處的焊縫;②立管是由薄型鋼板卷成管狀,用焊接的方法將縫焊牢形成鋼管;③再把立管和片頭焊接成型為散熱器的單片;④散熱器單片之間的連接也是焊接的,最后才形成成組的散熱器。在供暖期間,往往不是滿水運行,上部片頭會出現(xiàn)空氣層;在停止供暖后水放空,底部片頭處會有殘留水很難排凈;所以上下片頭的焊縫處是最容易受腐蝕的。由此看出是鋼管型散熱器的焊接制造工藝導(dǎo)致了焊點多和焊縫長。為了防止散熱器的腐蝕漏水,廠家們紛紛研究各種補救措施,比如在鋼管散熱器內(nèi)部使用各種涂料防腐,在散熱器中加鎂棒陽板保護防腐等等,都不能從根本上解決腐蝕漏水的問題。使原本能主動防腐的散熱器變成了被動防腐。[4] 
建設(shè)部散熱器行業(yè)專家們曾經(jīng)引進當(dāng)時******的歐洲鋼管散熱器,今天上海一力供暖設(shè)備有限公司會同這批專家獨辟蹊徑,從制造工藝上下工夫,推出龍?zhí)古凭荑T鋼散熱器,它是針對原引進產(chǎn)品焊點多焊縫長易腐蝕等質(zhì)量缺陷進行的重大改進。主要表現(xiàn)在:使用的鋼材材質(zhì)不同,鋼材厚度不同,制造工藝不同,焊點焊縫的數(shù)量不同,其結(jié)果是抗腐蝕能力更強。具體的說,原引進產(chǎn)品片頭是由兩片各1.5mm厚的鋼板分別壓制成型后經(jīng)焊接完成的,自然形成片頭一周的焊縫,包括片頭最頂端易積水處的焊縫;立管用1.25mm的鋼板卷成圓柱型,經(jīng)焊接成鋼管;再把立管和片頭焊接成型為散熱器的單片;最后片與片之間再焊接成型,組成完整的暖氣片。而新產(chǎn)品首先將焊接成型的片頭改為一次鑄造成型的精密鑄鋼,其材質(zhì)是壁厚2.7mm的稀土改性鑄鋼;其次把焊接成型的有縫鋼管改為壁厚1.5mm優(yōu)質(zhì)低碳無縫鋼管;再將片頭與無縫鋼管兩者對合,用自動閃光焊機加壓一次焊接成型為暖氣片;最后再將片與片的焊縫連接改為羅紋絲扣連接,構(gòu)成成組的完整的散熱器。
這種新的制造工藝,使易腐蝕的焊點焊縫總長度減少了95%---98%,尤其是最易積水的散熱器兩端的片頭改為精密鑄鋼,這就從根本上避免了鋼管散熱器焊縫多、焊縫長的質(zhì)量缺陷,從根本解決了鋼制散熱器易腐蝕易漏水的問題。精密鑄鋼散熱器即保留了鋼管散熱器所有的(輕質(zhì)、高壓、高熱、節(jié)能、環(huán)保、外型美觀等)特點,又融合了鑄鐵散熱器的長處,同時還選用更優(yōu)良、更耐腐的相當(dāng)于20鍋爐鋼的鋼材作為原材料。它徹底的屏棄了國內(nèi)普遍使用的散熱器內(nèi)涂料防腐的方法,而直接選用一次鑄造成型的精密鑄鋼來抗腐防漏,成倍的增加了抗腐防漏的年限。不僅如此,它比同行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的散熱量高出10%--30%、抗壓力提高20%,鋼材厚度增加20%--80%,還有節(jié)能環(huán)保等方面的諸多特性。它即保留了鋼管散熱器的輕質(zhì)、高壓、高熱、節(jié)能、環(huán)保、外型美觀等優(yōu)點,又融合了鑄鐵散熱器的諸多長處,是一種脫胎換骨的創(chuàng)新性的產(chǎn)品,自此鋼制散熱器將進入第二代的發(fā)展進程。新產(chǎn)品優(yōu)質(zhì)鋼材的使用,壁厚的增加,焊點焊縫極大的減少,使新產(chǎn)品相對于原引進產(chǎn)品來說,大量減少了易腐蝕的部位。經(jīng)中國科技大學(xué)檢測,可承受20年連續(xù)不間斷的腐蝕,理論使用壽命60年。是不用采取任何被動防腐措施的經(jīng)久耐用的主動防腐產(chǎn)品。
精密鑄鋼散熱器是由我國散熱器行業(yè)專家在多年行業(yè)管理經(jīng)驗的基礎(chǔ)上,為適應(yīng)國情,吸收了我國傳統(tǒng)鑄鐵散熱器的優(yōu)點而專門研究開發(fā)的。針對原引進產(chǎn)品的缺點,新產(chǎn)品經(jīng)過研發(fā)中試,成功的進行了重大改進。它即保留了國外鋼管散熱器的主要特點和優(yōu)點,又通過革新制造工藝和提高鋼材性能的方法,極大的提高了抗腐蝕能力。經(jīng)中國科技大學(xué)檢測,連續(xù)不間斷對其腐蝕的情況下,20年不被腐蝕漏水。精密鑄鋼散熱器是高品質(zhì)低價位,更適合高層建筑、高檔公寓、別墅和辦公樓使用。原焊接工藝的引進產(chǎn)品,曾經(jīng)引領(lǐng)中國鋼制散熱器的前進,鑄鋼散熱器將會創(chuàng)造鋼制散熱器的再次輝煌,未來的潮流必將是無防腐概念的鑄鋼散熱器時代。我們堅信品牌是靠過硬的質(zhì)量影響出來的,不是靠廣告宣傳出來的,有知名度的產(chǎn)品不一定科技領(lǐng)先,因為社會在前進科技會發(fā)展新產(chǎn)品層出不窮. 
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