电子元件散热片研究规划.pdf

電子元件散熱片研究規劃 作者 ：余家杰(2002-06-10) ，推薦 ：徐 業良 (2002-06-10) 。 作者 ：余家杰(2002-06-10) ，推薦 ：徐 業良 (2002-06-10) 。 電子元件散熱片研究規劃 1. 電子元件散熱片 隨著電子科技的發展及晶圓製程的提升，電子元件的效能相對提高，而單位體積 所發出的熱量亦越來越多，為了維持其正常的工作狀態，熱交換的動作也就相當的重 要，加裝於熱源的上方的散熱片即是為了幫助積體電路消散運作時所產生的熱，以提 高工作效能。此篇研究報告即在對電子元件散熱片的熱傳現象作一整理，並說明可能 之 CAE應用。 一般來說電子元件散熱片主要有三種鰭片形狀（如圖 1），分別為柱狀、平板狀 以及輻射狀[Kraus, A.D., Bar-Cohen, A., 1995] ，其中平板狀散熱片，為一片片排列在 基板上的散熱鰭片，也是目前元富公司所OEM的種類。圖 2則為平版狀散熱片搭配 散熱風扇、散熱基版 (heat sink base) ，可組裝於電腦CPU 上之整體散熱模組。 圖 1.散熱片的基本形狀（依次為 柱狀、平板狀、輻射狀） 1 .tw/ 電子元件散熱片研究規劃 圖 2.整體散熱模組 在散熱片的製造上，鑄造與鍛造兩種方法也提供了散熱片不同的效能，其中鍛造 的製程提供了較高的材料熱傳導係數，而鑄造則有較多元的鰭片設計可以提供較優良 的對流環境。 如圖 2中的電子元件散熱模組的主要規格項目包括應用對象、散熱基板材料、鰭 片材料、整體尺寸、風扇種類、風扇尺寸、額定電壓∕電流、額定轉速、最大氣流量、 噪音水準、 MTBF(Mean Time Between Failures 、熱阻抗、整體重量。其中在給定風扇 條件下之「熱阻抗 (thermal resistance) 」應該是散熱片設計上最重要的性能指標。 2. 電子元件散熱片的熱傳現象 散熱片的熱傳方式有以下兩種，一種為散熱鰭片本身因為溫度差所產生的熱傳導 現象，另一種則為散熱鰭片經由熱對流與周遭環境的熱交換現象。 2.1 熱傳導(conduction) 影響熱傳導最主要的因素就是材料的「熱傳導係數 (thermal conductivity) 」，不同 的材料（銅或鋁）、不同的製造方式（鍛造或鑄造），皆會改變材料的熱傳導係數，物 質的熱傳導係數越高代表導熱越容易。如圖 2所示，熱傳遞由高溫 T1 流到低溫T2 ， 其熱傳量計算如式(1) dT q ka− (W) (1) dx 2 .tw/ 電子元件散熱片研究規劃 其中負號為滿足熱力學第二定律，熱傳遞由高溫至低溫，k 為熱傳導係數，a 為截面 dT 積， 為沿熱流動方向的溫度變化量。傳導「熱阻抗(thermal resistance) 」Rcd 定義如 dx 下： T (T − ) K 1 2 ⎛ ⎞ Rcd ≡ ⎜ ⎟ (2) q W ⎝ ⎠ 兩端溫差固定時，熱傳量q