由于散热器的性能取决于物理结构与金属成分,所以,采用高导电性的材料,热管理装置的制造者们就能够制成高效率的散热器。由于具有优异的冷却能力,铜散热器在解决冷却问题时,应用很广泛。金属铜所具有的高导电性使工程师能更有效的对器件进行冷却,而铜散热器有较低的单位体积热阻值,因此适用于发热量高的器件。同时,铜散热器可有效地让发热量沿其基座均匀分布,从而为发热点集中的器件提供优异的冷却性能。热学特性如今,先进的IC都存在
由于
散热器的性能取决于物理结构与金属成分,所以,采用高导电性的材料,热管理装置的制造者们就能够制成高效率的散热器。由于具有优异的冷却能力,铜散热器在解决冷却问题时,应用很广泛。
金属铜所具有的高导电性使工程师能更有效的对器件进行冷却,而铜散热器有较低的单位体积热阻值,因此适用于发热量高的器件。同时,铜散热器可有效地让发热量沿其基座均匀分布,从而为发热点集中的器件提供优异的冷却性能。
热学特性
如今,先进的
IC都存在严重的发热现象,这迫使工程师去寻找热阻更小的散热器——由于分配给散热装置的空间狭小,故这一任务是非常棘手的。由于铜材料的高度导热性,铜材料制成的散热器在热阻方面大大优于铝散热器。
Cool Innovations公司对相同结构的、分别由无氧铜和纯铝(导热性极好的铝合金)制成的针鳍状散热器进行了热阻测试,结果表明,铜散热器的热阻平均要低20%。同时,研究者还对无氧铜和AL380(一种常用的铸造合金)制成的散热器进行了类似的对比测试,结果表明,铜器件的热阻要低35%。
因此,通过以铜散热器替换传统的铝散热器,设计者能把性能提高20%~35%。更为重要的是,不会占用额外的面积和/或引入新的气流源。
热量的散布
近来半导体技术的革新也带来了副作用,这就是发热量的陡然上升。发热密度可以定义为每单位面积的发热水平。发热密度越高,散发出来的热量沿散热器基座散布的速度就必须更快,这样才能保证正常的冷却。
在为发热源集中(密集)的产品选择冷却装置时,设计者不但需要确认散热器的热阻足够低,而且还要保证热量能够以较快的速度沿着散热器基座散布开来。如果热量散布的速率不够快的话,则远离处理器的那部分散热器将起不到散热的作用。此外,芯片中的半导体结也会成为发热点,这些发热点将对芯片的功能造成损伤,而散热器所标明的热阻在实际应用时并不能得到保证。
由于铜有很高的传导率,故采用铜基座的散热器有着优良的热量均布能力,事实证明：无氧铜的导电性(非热阻)比纯铝高出
100％,而比AL380高
300％。因此,在很多情况下,设计者使用全铜的散热器或者铝/铜混合的散热器,对集中的发热源进行冷却。
铜质及铜/铝混合散热器
铜在散热器中的使用并不限于全铜器件,它也能与铝一起应用,构成铜/铝混合型的散热器。而混合型散热器主要有两种形式：铜基座带有铝针(柱),或者是铝散热片基座下埋置铜层。
虽然混合型产品在热阻方面没有突出的优势,但它们也可以象全铜散热器那样让热量沿基座均布。混合型散热器实质上是将铝质散热器和铜质热均布器结合在一起构成单个器件。混合散热器的另外一个优势是远轻于全铜的散热器。当需要采用全铜基座、而又要避免过重的全铜散热器时,就可以用混合型散热器来实现良好的冷却。
下面给出了Cool Innovations对两种结构相同的针鳍式散热器进行的热学分析。第一种散热器由无氧铜材料制作,而第二种用纯铝材料制作。这一分析将着重指出纯铜散热器在总热阻方面的优势及其对热量的均布能力。
两种散热器的占用面积和总高度分别为1.5平方英寸和0.8英寸,有
121根针状的鳍柱,直径为0.07英寸。在测试时,通过一个面积为1.25平方英寸、发热
功率为20W的热源来复现一个平均尺寸的热源。两种散热器流过的气流为600lfm,所测得的铜质散热器和铝质散热器的热阻分别为0.75℃/W 和0.91℃/W 。从中可以看出,铜质器件在热阻方面有21％的改善。
