目前散热器的主流成型技术-散热器新闻-镇江市长城电子散热器有限公司

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目前散热器的主流成型技术

日期:2015-6-29 作者:长城散热器 浏览次数:来源:www.yhejko8.com

从某些角度看,散热器的加工成型技术决定了散热器的最终性能,也是厂商技术实力的最重要体现。目前散热器的主流成型技术多为如下几类:
  
铝挤压技术(Extruded)
  
   
铝挤压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。铝挤压技术较易实现,且设备成本相对较低,也使其在前些年的低端市场得到广泛的应用。一般常用的铝挤型材料为 AA6063,其具有良好热传导率(160~180 W/m.K)与加工性。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118,所以在有限的空间内很难提高散热面积,故铝挤散热散热效果比较差,很难胜任现今日益攀升的高频率CPU
  
铝压铸技术
  
   
除铝挤压技术外,另一个常被用来制造散热片的制程方式为铝压铸,通过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( 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。不过,以 AA1070 铝合金压铸散热器存在着一些其自身无法克服的先天不足:
  (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。
  
接合型制程
  
   
这类散热器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。结合型散热器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器Pin-Fin比可高达60以上,散热效果佳,且鳍片可选用不同材质制作。其缺点在于利用导热膏和焊锡接结合的鳍片与底座之间会存在介面阻抗问题,从而影响散热,为了改善这些缺点,散热器领域又运用了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。
  
   
其次是回流焊接技术,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。一般说来,采取这种工艺的散热器多用于高端,价格较为昂贵。
  
可挠性制程
  
   
可挠性制程通过先将铜或铝的薄板,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,利于热传导的连续性,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。
  
锻造制程
  
   
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,需要大吨位(500吨以上)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。
  
刨床、切削工艺
  
   
刨床式制程即先以挤型方式做出带有凹槽之长条状的胚子,再使用特殊的刀具,将初胚削出一层层的鳍片出来,其散热鳍片的厚度可薄至 0.5mm 以下,且鳍片与底板是一体成型,从而避免接口阻抗这一多材质结合时的大麻烦。其缺点则是,在成型的过程中,由于材料应力集中,鳍片与底板接合处会产生肉眼不易察觉的裂缝,进而影响散热器散热性能,且由于废料、量产能力及次品率等问题,使得制作成本较高。切削技术则是对一整块金属进行一次性切削,形成很薄、很密散热鳍片,从而有效地增加了散热面积。由于要进行切削,金属的硬度不能太高,所以铝的含量会比普通铝合金散热片稍高,成型后的散热器质量很轻,安装方便。这种技术虽然原料成本与普通压铸成型的散热器相当,但工艺要求高,加工困难,因此产品并不多。
  
精密切割技术

    精密切割技术是将一块整体的型材(/),根据需要用特殊的切割机床在基座上切割出指定间距的散热鳍片。相比传统的铝挤压工艺,精密切割技术可以在单位体积内切割出更大的散热面积(增加50%以上)。精密切割技术切割出的散热片表面会形成粗颗粒,这种粗颗粒可以使散热片和空气的接触面更大,提升散热效率。精密切割的最大优势是散热器属于整体切割成型,散热鳍片和散热底座结合为一体,精密切割技术制造的散热片不存在介面热阻的问题,热传导效率非常高。
  
扩展结合工艺

    扩展结合工艺跟插齿工艺有些类似,先将铝或铜板做成鳍片,在高温下将鳍片插入带沟槽的散热器底部,不过扩展结合工艺在插入鳍片的同时还要塞入一个短铜片以产生过盈连接并提高散热鳍片与散热器底部的连接面积,来减小接触热阻,该工艺的接触热阻非常不错,该工艺已经被不少日系厂商所采用。

折叶(Fold FIN)技术

    Fold FIN(金属折叶)技术在原理上与Skiving技术类似,是将单片的鳍片排列在特殊材料焊接的散热片底板上,由于鳍片可以达到很薄,鳍片间距也非常大,在单位面积可以使有效散热面积倍增,从而大大提高散热效果。一般说来,折叶工艺并非一项单独的制造工艺,它往往伴随回流焊接工艺。使用折叶工艺可以更好的控制焊接的精度,同时提高鳍片的强度。折叶后鳍片之间相互连接,还可以改善热量传递。Fold FIN技术也很复杂,一般厂家很难保证金属折叶和底部接触紧密,如果这点做得不好,散热效果会大打折扣。
  
压固法

    将众多的铜片或铝片叠加起来,将其中一个侧面加压并抛光与CPU核心接触,另一侧面伸展开来作为散热片的鳍片。压固法制作的散热器其特点是鳍片数量可以做的很多,而且不需要很高的工艺就能保证每个鳍片都能与CPU核心保持良好的接触而各个鳍片之间也通过压固的方式有着紧密的接触,彼此之间的热量传导损失也会明显降低,因此这种散热器散热效果往往不错。

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