1、制作：李志刚 器件工程部 日期：2015-10-13,纳米涂层散热片介绍,一.传统散热片的工作原理 二.纳米涂层散热片工作原理及优势 三.各厂家的技术特点及加工工艺介绍 四.纳米涂层散热片种类及应用案例 五.纳米涂层散热片标准化和选型 六.其它注意事项,器件工程师、硬件工程师、 热设计工程师、成本工程师,2小时,李志刚,使器件工程师、硬件工程师、热设计工程师、成本工程师了解纳米涂层散热片的技术和性价比优势，以便推广使用。,培训目的,培训对象,培训讲师,学习重点,培训课时,一、传统散热片的工作原理,1. 几个概念1.1 热传递的三种方式：热传导、对流、热辐射。,对流: 对流指的是流体(气体或液体
2、)与固体表面接触，造成流体从固体表面将热带走的热传递方式。具体应用到实际来看，热对流又有两种不同的情况，即：自然对流和强制对流。,热辐射: 热辐射是一种可以在没有任何介质的情况下，不需要接触，就能够发生热交换的传递方式，也就是说，热辐射其实就是以波的形式达到热交换的目的。,一、传统散热片的工作原理,一、传统散热片的工作原理,热传导: 物质本身或当物质与物质接触时，能量的传递就被称为热传导，这是最普遍的一种热传递方式，由能量较低的粒子和能量较高的粒子直接接触碰撞来传递能量。相对而言，热传导方式局限于固体和液体，因为气体的分子构成并不是很紧密，它们之间能量的传递被称为热扩散。,导热系数：是指在稳定
3、传热条件下，1m厚的材料，两侧表面的温差为1度（K，），在1秒钟内（1S），通过1平方米面积传递的热量，单位为瓦/米度 （W/(mK)，此处为K可用代替）。,一、传统散热片的工作原理,常见金属的导热系数表,由此可以看出，银和铜是最好的导热材料，其次是金和铝。但是金、银太过昂贵，所以，目前散热片主要由铝和铜制成。但由于铜密度大，工艺复杂，价格较贵。,一、传统散热片的工作原理,1.2 比热容又称比热容量，简称比热(specific heat)，是单位质量物质的热容量，即单位质量物体改变单位温度时的吸收或释放的内能。比热容是表示物质热性质的物理量。通常用符号C表示。比热容与物质的状态和物质的种类有关
4、。,一、传统散热片的工作原理,传统铝挤散热片：在考虑材质的时候除了导热系数外，还须考虑散热器的热容量，综合这两项参数，铝的优越性就体现出来。所以，导热材料一般采用铝合金。其特点是体积大、质量重，比热容大，热传导佳。但铝挤结构和铝材料本身特点，决定了其另外两个热传递方式-对流、热辐射效果较差，散热片本身大量的热能散不出去。,2. 散热片工作原理,结合铝本身的特点（纵向热传导能力较强，但横向的热辐射能力较差），而分析石墨/碳刚好是横向的热辐射能力强，期望导入一种铝材和纳米碳结合起来的复合型散热片。这是一种散热型纳米涂料与铝型材经UV固化的新型散热介面材料，它基于石墨的短板，提升纵向的导热系数，并充
5、分利用碳原子的热辐射优势，让整个导热过程变得更顺畅，效果更好。这种新型散热片在纵向导热系数达到260，横向上达到400450，并且在表面上增加热辐射能力。,二、纳米涂层散热片工作原理及优势,1. 导入构想,二、纳米涂层散热片工作原理及优势,纳米涂层散热片：导热材料一般采用铝合金，将m厚度级别的纳米碳材料均匀涂布于铝合金基材上，领用碳原子间(5300 W/mK)的高导热效能，进行热传导，再藉由碳原子高热辐射效能，将热能转换为红外线射频，传递散热效能。其表比热容一般，但面积大、质量轻，热传导、对流、热辐射均极佳，整体散热效果相对传统铝挤散热片大幅提升。,2. 纳米涂层散热片工作原理,二、纳米涂层散
6、热片工作原理及优势,3. 纳米涂层散热片优势-外形结构简单、轻薄、易加工,散热片表面的纳米涂层，耐高温、耐腐蚀，附着力强。分别有要求厂家做对应的可靠性测试，并提供对应报告。,1. 纳米涂层散热片充分利用了铝的高热传导性和纳米碳的高热辐射性，使散热效果更佳。2. 纳米涂层散热片，加工更加环保，化学物品循环利用，从而避免有害的化学物或气体的排放。3. 纳米涂层散热片的外形结构简单，加工工艺更简单，使用铝型材更少，预计年节省铝型材20000000*20克*60%=240吨以上，整体比传统的铝型散热片更加节能、减排。4.纳米涂层散热片的铝材大大减少（平均减少60%以上），使散热片整体成本下降，平均能降
7、2030%预计年节约15KK*0.10（平均价差）=150万以上；,二、纳米涂层散热片工作原理及优,3. 纳米涂层散热片的优势-性价比高、更加节能减排,二、纳米涂层散热片工作原理及优势,小结：两者优劣势比较,三、各厂家的技术特点及加工工艺介绍,四、纳米涂层散热片种类及应用案例,纳米涂层铜箔/铝箔系列：分A、B款,1. 纳米涂层散热片种类,四、纳米涂层散热片种类及应用案例,2. 纳米涂层（铝/铜箔）散热片应用案例,纳米涂层散热片方案 A款(0.15mm),A款,A款,四、纳米涂层散热片种类及应用案例,纳米涂层散热片 A款(0.15mm)、B款(0.16mm),A款,B款,2. 纳米涂层（铝/铜箔
8、）散热片应用案例,四、纳米涂层散热片种类及应用案例,纳米涂层铝材系列：铝板厚度0.5、0.8、1.0、1.2、1.5、2.0mm等,1. 纳米涂层散热片种类,原机散热方案：25*25*4mm铝挤,纳米散热片：25*39*0.35mm纳米碳铝箔,四、纳米涂层散热片种类及应用案例,2. 纳米涂层（铝板）散热片应用案例,四、纳米涂层散热片种类及应用案例,2. 纳米涂层散热片应用案例,传统铝挤65*50*8mm,纳米涂层 48*48*2.3mm,D-Link的PLC产品（项目名称PI699EA.1R199A-3）之前使用普通的铝挤散热片，使用更改结构后的新型纳米涂层散热片，最终使主芯片温度下降12，且
9、原材料大大减少，成本也由5.7元降到1.6元。,变更前信息： 物料编码：507000000318 物料重量：10 g 物料单价：RMB 5.7 芯片温度：104 ,变更后信息： 物料编码：507000000424 物料重量：4 g 物料单价：RMB 1.6 芯片温度：102 ,传统铝挤散热片,新型纳米涂层散热片,四、纳米涂层散热片种类及应用案例,2. 纳米涂层散热片应用案例,五、纳米涂层散热片标准化和选型,纳米涂层散热片的几个特点： 1. 散热片的热容量与其底材（铝材）厚度成正比，但与其成本成反比； 2. 散热片的热辐射与其表面积成正比，但与其成本成反比； 3. 散热片的热辐射重叠时，热辐射效
10、果差；且热空气的对流与重力和外壳的开孔方向等有关； 4. 芯片的瞬间峰值温度，需靠散热片的比热容来解决。即，铝板材越厚，散热片的比热容越大，对印制瞬间峰值温度越有效。,五、纳米涂层散热片标准化和选型,基于以上几点，后续对纳米涂层散热片的标准化和选型方向为： 1. 铝板材的厚度，尽量追求高性价比。先规划0.5mm、1.0mm、1.5mm、2.0mm等厚度，其中优先推荐的厚度1.0mm；散热片要求高时，可选用1.5或2.0mm；有其它特殊散热要求的，根据实际情况而定。 2. 结构成型方面，尽量追求外形简易、加工简便。15mm*15mm以下尺寸的，直接采用平面铝板结构；20mm*20mm以上尺寸的，
11、平面铝板两边90度折起为优先；散热片要求高时，可两边90度折起后再单边折1/4，不推荐可四边90度折起；有其它特殊成型要求的，根据实际情况而定。 3. 固定方式，尽量采用导热膏固化方式。如果一定要固定到PCB上，采用弹簧销钉方式（成本最低、组装方式最简单）。 温馨提示：新项目选型打样时，需求人不可直接联系厂家打样，须先经过器件工程师审核、统一安排，同时需提供对应芯片的功耗参数。原因有：1) 器件工程师需审核散热片的规格是否符合标准化；2）器件工程师需均衡各厂家打样次数和费用，进行滚动打样。,六、其它注意事项,散热片与芯片之间的导热介质，其导热系数、热阻等直接会影响到整体的散热效果。常见的有导热
12、胶、导热硅胶等。,导热胶：膏状物，厚度薄，热阻低，可快速固化，能起到固定散热片作用，不易拆卸；其导热系数可以达到0.8 W/(mK)，使芯片与散热片接触更加充分。,六、其它注意事项,导热硅胶：软胶状，厚度与热阻成正比，易拆卸，需要通过第三方固定；导热系数可有1.0、2.0、3.0 W/(mK)等之分，使芯片和散热片间接触更加充分。导热硅胶使用时，需要注意保持2030%左右的压缩量，确保其散热性能。,建议：尽量使用导热胶，不仅整体成本优，而且因导热胶应用较薄，热阻低。同时要求，涂装导热胶时，需均匀、尽量薄。,交流、探讨,1、标准化统一、选型打样方面的建议？2、产品热设计、热仿真方面，如零件布局、外壳开孔方向等建议？3、散热片的固定方式、外形结构等建议？4、散热片替代验证方案的建议？,谢谢各位!,
