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时下散热器的主流成型技术多为如下几类:

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行动 发表于 2014-4-4 17:26:59 | 显示全部楼层 |阅读模式
时下散热器的主流成型技术多为如下几类:

一、铝挤型散热片

铝挤压(Extruded)技术:铝,作为地壳中含有量最高的金属,成本低是其主要特点,并且由于铝挤压技术含量及设备成本相对较低,所以铝材质很早就应用在散热器市场。铝挤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。一般常用的铝挤型材料为 AA6063,其具有良好热传导率(约160~180 W/m.K)与加工性,为最普遍应用之制程。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1:18,所以在有限的空间内很难提高散热面积,故铝挤散热片散热效果比较差,很难胜任现今日益攀升的高频率CPU。

二、铝压铸型散热片

除铝挤型外,另一个常被用来制造散热片的制程方式为铝压铸型散热片。其制程系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为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(约 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,但是以 AA1070 铝料来压铸存在着一些如下
所述之问题:

(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。

随着CPU主频的不断提升,为了达到较好的散热效果,采用压铸工艺生产的铝质散热器体积不断加大,给散热器的安装带来了很多问题,并且这种工艺制作的散热片有效散热面积有限,要想达到更好的散热效果势必提高风扇的风量,而提高风扇风量又会产生更大的噪音。

三、接合型制程散热片
 
这种散热片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。结合型散热片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片细长比可高达60 倍以上,散热效果佳,且鳍片可选用不同材质制作,当然了,缺点也显而易见,就是利用导热膏和焊锡接结合鳍片和底座会存在介面阻抗问题,从而影响散热,为了改善这些缺点,散热片领域又运用了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。最为成功的就是前文介绍的AVC公司。
第二种是回流焊接技术,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。
把这个技术做得很成功的就是Tt公司。回流焊接包括了铜鳍片冲压技术以及回流焊接两部分组成。鳍片冲压也是其难点,鳍片冲压由连续冲床和加工模具进行加工,加工模具精度非常高,技术含量也很高,国内少有厂商可以做到,Tt的模具是在台湾开的,而连续冲床只要加大投资就可以获得,因此大部分技术难点还是体现在模具上面。目前回流焊接做的比较好的厂商除了Tt还有AVC和Thermalright。 回流焊接工艺的精度与效果和制造成本呈线性关系:成本越高,精度越高,效果越好。如果风冷散热器都像Thermalright一样不计成本的使用回流焊接技术导致成品售价过高,则无疑加速了液冷时代的来临。
 
回流焊接流程
1. 搅拌锡膏
2. 检验铜片外观(铜底板和铜鳍片)
3. SMT自动印刷机将锡膏印在铜板上,可以使锡膏的厚度、宽度均匀一致
4. 经过连续冲床和加工模具进行鳍片加工
5. 冲压完成后,通过治具将铜底和鳍片进行定位,压力适中,为回流焊接做准备
6. 通过治具检查后,将半成品送入回流焊接生产线,通过计算机控制7段式温度,监测焊接温度。焊接温度直接影响到产品的质量,因此非常重要。不同的产品其温度参数都不相同
7. 焊接过程大概由高温到低温,陆续冷却
8. 拆卸治具
9. 在加热过程中锡膏除高温蒸发后还会有部分残留,于是要对散热片进行超音波清洗,将锡膏中的铸焊剂(如松香)等杂质进行清洗
10. 最后的钝化过程是对铜质散热片最不可缺少的部分,防止铜受到氧化,影响散热效果。

四、可挠性制程散热片
  
可挠性散热片是先将铜或铝的薄板,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,有利于热传导之连续性,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。

五、锻造制程散热片
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(500吨以上)位的锻压机械,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。

全世界目前有能力制造出冷锻散热片厂商并不多,最为有名的就是日本的ALPHA,而台湾就是Taisol,MALICO-太业科技。冷锻的优点是可以在制造出散热面积比铝挤还大的散热片,且因铝挤制造过程是拉伸,所以铝金属组织是承水平方向扩大,而冷缎方向是垂直压缩的,因此对于散热上,冷锻占较大的优势,缺点是成本高,有技术可制造生产的厂商亦不多。

六、金属粉末射出成型散热片

金属粉末射出成型散热片主要应用在高熔点、高热传导的材料(如铜),其方式系采金属粉末射出方式,直接做成散热片初胚,再利用高温烧结,制成具有强度及密度之成品。其优点为可将高导热之铜粉末直接一体成型,成为高效能之散热片,适用于高发热量及受空间限制之电子产品上,其缺点为原料成本贵及产品良率较低,多应用于有较高利润之产品。

鳍片式散热片使重量及散热面积都达到相当理想的状态,最大的问题就在其与散热片成型时,如果加工技术或品质不良,那么散热片所聚的热量无法顺利被引导、散热,那就会弄巧成拙。

七、刨床、切削工艺:
刨床式制程散热片系先以挤型方式做出带有凹槽之长条状初胚,再利用一特殊之刀具,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,较没有接口阻抗的问题,但是缺点为成型的过程中,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之裂缝,进而影响散热片之散热功能,且由于废料、量产性及良率之问题,使得制作成本较高,故目前多偏向于铜材质散热片之应用。

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lds 发表于 2014-4-4 18:15:27 | 显示全部楼层
主要还是前面两种销量好,性价比好,散热也不错,一直催的陶瓷散热反而用得比较少啊。

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