客製化散熱器開發

散熱器的材質與製程有多種選擇,常見的材質有銅(C1100)、鋁、石墨與陶瓷。其中應用範圍最廣的是鋁,因為鋁的重量輕(密度=2.7 g/cm³) 導熱好(K=90~195 W/m-K) ,且加工便利。散熱器的性能取決於自身材料的熱傳導特性與熱交換鰭片設定,如鰭片厚度,高度與間距…等等。相對於其他材料,鋁易於成型,延展性好,各式的製程成熟讓散熱器的設計有高度彈性,以滿足各式自然對流或是強制對流的需求。一般散熱器形式與製程有以下幾種:

鋁擠型(Extrusion Heat Sink)

以下照片是鋁擠散熱器,首先決定型材的截面形狀,再將鋁錠升溫軟化,通過加壓擠過定製的鋁擠模具,得到截面形狀相同的鋁擠長條狀型材。後續的加工,包括裁切長度,鑽孔(攻牙),CNC加工特定特徵或是移除材料,接觸面的精銑等等,最後是表面處理。鋁擠型的模具費用與製程相對低廉簡便,是最常見的結構件與散熱器成型方式。

鋁擠製程的鋁材為A6063或A6061 ,熱傳導係數150~218W/m-K ,截面形狀的規畫受限於鋼模的強度,設計時鰭片特徵的”細長比” (L/t) 的限制大約是20,細長比低於15的產品,鋼模的受力較低,生產較為穩定;細長比愈高,鋼模受到壓力愈大,模具受損的機會增加。是以開發的過程需與生產廠商密切溝通,確保後續製造過程順利。

Aluminum extrusion heat sink

 

Aluminum extrusion heat sink

鍛造 Forging

此一金屬成形技術,是將預熱或未預熱之金屬材料放置於特定的模具內,施以強大的鍛壓力量,讓金屬素材塑性變型。銅鍛造和鋁鍛造是散熱器常見的製程,與壓鑄成型相比鍛造後的材料比較強壯,熱傳導係數較高,鰭片的間隙比也能提高,可以在有限的空間內創造較多的熱交換面積。不過鍛造模具的成本較高,製造過程材料的塑性流變偶爾會造成散熱器鰭片處材料不均,開發時須列入考慮。
Forging heat sink

 

沖壓扣接式鰭片 Stacked fin – progressive die stamping

扣接式鰭片是連續衝壓成型而成,鰭片的設計參數,有高度的彈性,適合搭配熱導管或是均溫版,用於高功率,強制對流或是低熱阻的專案。常見的材質為鋁(A1050)或是銅(C1100),鰭片厚度能依標準金屬捲料厚度而定,常用的為0.2,0.3,0.4和0.8mm,間距,扣接的片數,堆疊長度與鰭片外型可以針對專案需求而調整。

Stacked fin – progressive die stamping

 

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