铝挤型散热片
散热片的制造中,最常见的就是铝挤型工艺。铝挤型的技术相对简单,后期易加工,市场主流的低端产品基本都是铝挤型散热片。通常铝挤型的材质AL6063,导热系数大约为200W/mK(纯铝为236W/mK),具有良好的导热性能。铝挤型在长度方向上,任一截面均相同,因此不能制作复杂形状产品,同时受限于模具的限制,鳍片的高厚比和密度均不能任意设计。
镶铜工艺
纯铜的导热系数为398 W/mK,比纯铝的导热性能好很多(纯铝为236W/mK),但铜的成本比较高。在兼顾成本和性能的情况下,产生了一种铜铝结合的工艺——镶铜。通常的做法是,先在铝挤型散热片的底部铣孔,孔的直径为D,然后对其加热,再将一个铜柱,直径比D略大,放入铝散热片的孔中(因为热胀冷缩,在加热后铜柱可以放入),最后进行整体的冷却处理,这样铜柱被铝散热片紧紧的箍住了,依靠机械应力让铜铝之间实现比较好的结合。镶铜工艺提升了铝挤型散热器的性能,同时也增加了工艺的复杂性和加工成本。
铝压铸散热片
对于复杂形状的散热片,通常会采用铝压铸的工艺,在笔记本电脑芯片散热片以及工业散热领域有广泛的应用。相对于铝挤型散热片,铝压铸散热片一次成型,后期加工成本低。铝压铸散热片的材质一般为ADC12,其导热系数约为96W/mK,几乎为铝挤型散热片的一半。铝压铸的模具成本也相对较高。
铲齿散热片(Skiving Fins)
铲齿散热片,顾名思义鳍片是用模具铲出来的。工艺具体实现是,先以挤型方式做出长条的半成品,然后用特殊刀具在半成品上铲出一层层略有弯曲的鳍片。铲齿散热片对铜材、铝材均可加工,鳍片可以控制到比较薄的水平,同时鳍片和底板为一体,热传导性能很好。但铲齿散热片加工复杂,加工成本高,对于需求数量少的产品有优势,当达到一定数量时,可以采用扣合鳍片等方式实现,虽然模具费贵但是单价便宜。
扣合鳍片焊接的散热片
扣合鳍片是将比较薄的材料,通常为0.2~0.6mm的铜或铝,冲压成所需形状,并将一组鳍片利用“扣合点”联接在一起。扣合鳍片在使用时,通常是焊接在铜底板或者铝底板上,热量从芯片通过底板传递给散热片。扣合鳍片可以制作成形状略为复杂的散热片,由于鳍片材料很薄,散热面积可以做到很大。此种工艺的模具成本比较高,鳍片相对来说比较脆弱,包装需要注意保护。
CNC加工成型
CNC是数控机床的缩写,加工精度高,具有稳定的加工质量,可进行多坐标的联动,能加工形状复杂的散热片。通常在产品的样品阶段及加工要求很高的产品会采用此种加工方式,其加工成本较高,但可以保证较高的尺寸要求。
金属粉末烧结成型散热片
金属粉末烧结通常采用的是铜颗粒,在制作初胚之后,再高温烧结成型,加工方法类似于粉末冶金制作轴承,不过空隙率要比轴承小。对于加工成本较高、规则形状的产品,可以采用此种加工方式,其模具成本较高,但加工废料很少,通过对加工过程的控制,可以达到接近铜C1100的导热性能。目前应用还很少,工艺比较复杂。
锻造成型散热片(Forging)
锻造散热片,有别于传统的铁锻造,其是将铝加热到软化但没有液化,然后利用高压使铝充满模具腔内。通常我们用此种方法制作柱状散热片,或者散热片是经过流道优化的形状。此加工工艺复杂,模具成本高,单一鳍片的形状可作流道设计,可以使用AL6063/纯铝/AL2000,其中AL6063、纯铝导热性能优于压铸材料,AL2000具有良好的强度要求。目前此种加工工艺只在工业领域有所应用。
热管散热片
热管技术是1963年美国LosAlamos国家实验室的G.M.Grover发明的一种传热元件,它充分利用了热传导原理与致冷介质的快速热传递性质,其导热能力超过任何已知金属的导热能力。热管技术以前被广泛应用在宇航、军工等行业,自从被引入散热器制造行业,使得人们改变了传统散热器的设计思路。
热管通常采用铜管,在管内壁布置多孔层,并加入液体工质(通常为水),封闭后的热管内部维持在某一真空度(压力小于大气压)。热管工作原理如图所示,在热管加热端,热量使水变为水蒸汽,而冷却端水蒸汽被冷却成液体水,这样加热端的水蒸汽会扩散到冷却端,同时冷却端的水会通过壁面的多孔层流到加热端,由此形成循环,将热量源源不断的传向冷却端。
热管内壁多孔层有很多种形式,比较常见的是:沟槽、金属网、金属粉末烧结等等。
热管散热片根据热管与鳍片的结合方式,分为两种:热管穿鳍片、热管焊接鳍片。热管穿鳍片,是利用过盈配合,鳍片上的孔比热管的孔径略小,来实现热管和鳍片的配合,散热片的性能取决于对热管管径和鳍片孔径的控制;热管焊接鳍片,鳍片上孔径比热管管径略大,在孔和热管之间涂抹锡膏,然后利用回流焊接将热管和鳍片联接在一起,散热片的性能受鳍片孔径和热管管径尺寸影响较小,但因为焊接需要对铝鳍片镀镍,并且要使用回流焊接,其成本会比热管穿鳍片略高。