納米涂層散熱片介紹

1、制作：李志剛 器件工程部日期：2015-10-13納米涂層散熱片介紹納米涂層散熱片介紹一.傳統(tǒng)散熱片的工作原理二.納米涂層散熱片工作原理及優(yōu)勢(shì)三.各廠家的技術(shù)特點(diǎn)及加工工藝介紹四.納米涂層散熱片種類及應(yīng)用案例五.納米涂層散熱片標(biāo)準(zhǔn)化和選型六.其它注意事項(xiàng)器件工程師、硬件工程師、熱設(shè)計(jì)工程師、成本工程師2小時(shí)李志剛使器件工程師、硬件工程師、熱設(shè)計(jì)工程師、成本工程師了解納米涂層散熱片的技術(shù)和性價(jià)比優(yōu)勢(shì)，以便推廣使用。培訓(xùn)目的培訓(xùn)目的培訓(xùn)對(duì)象培訓(xùn)對(duì)象培訓(xùn)講師培訓(xùn)講師學(xué)習(xí)重點(diǎn)學(xué)習(xí)重點(diǎn)培訓(xùn)課時(shí)培訓(xùn)課時(shí)一、傳統(tǒng)散熱片的工作原理一、傳統(tǒng)散熱片的工作原理1. 1. 幾個(gè)概念幾個(gè)概念 1.1 熱傳遞的三種方式：

2、熱傳導(dǎo)、對(duì)流、熱輻射熱傳導(dǎo)、對(duì)流、熱輻射。對(duì)流對(duì)流: : 對(duì)流指的是流體(氣體或液體)與固體表面接觸，造成流體從固體表面將熱帶走的熱傳遞方式。具體應(yīng)用到實(shí)際來(lái)看，熱對(duì)流又有兩種不同的情況，即：自然對(duì)流和強(qiáng)制對(duì)流。熱熱輻射輻射: : 熱輻射是一種可以在沒(méi)有任何介質(zhì)的情況下，不需要接觸，就能夠發(fā)生熱交換的傳遞方式，也就是說(shuō)，熱輻射其實(shí)就是以波的形式達(dá)到熱交換的目的。一、傳統(tǒng)散熱片的工作原理一、傳統(tǒng)散熱片的工作原理一、傳統(tǒng)散熱片的工作原理一、傳統(tǒng)散熱片的工作原理熱熱傳導(dǎo)傳導(dǎo): : 物質(zhì)本身或當(dāng)物質(zhì)與物質(zhì)接觸時(shí)，能量的傳遞就被稱為熱傳導(dǎo)，這是最普遍的一種熱傳遞方式，由能量較低的粒子和能量較高的粒子直接

3、接觸碰撞來(lái)傳遞能量。相對(duì)而言，熱傳導(dǎo)方式局限于固體和液體，因?yàn)闅怏w的分子構(gòu)成并不是很緊密，它們之間能量的傳遞被稱為熱擴(kuò)散。導(dǎo)熱系數(shù)：導(dǎo)熱系數(shù)：是指在穩(wěn)定傳熱條件下，1m厚的材料，兩側(cè)表面的溫差為1度（K，），在1秒鐘內(nèi)（1S），通過(guò)1平方米面積傳遞的熱量，單位為瓦/米度 （W/(mK)，此處為K可用代替）。一、傳統(tǒng)散熱片的工作原理一、傳統(tǒng)散熱片的工作原理常見(jiàn)金屬常見(jiàn)金屬的的導(dǎo)熱導(dǎo)熱系數(shù)系數(shù)表表金屬金屬化學(xué)符號(hào)化學(xué)符號(hào)相態(tài)相態(tài)熱傳導(dǎo)系數(shù)熱傳導(dǎo)系數(shù)（W/mK）鐵Fe固80銅Cu固401銀Ag固429金Au固317鉛Pb固34.8石墨/碳C固129鋁鋁AL固固2371070型鋁合金型鋁合金固固226

4、1050型鋁合金型鋁合金固固2096063型鋁合金型鋁合金固固2016061型鋁合金型鋁合金固固155 由此可以看出，銀和銅是最好的導(dǎo)熱材料，其次是金和鋁。但是金、銀太過(guò)昂貴，所以，目前散熱片主要由鋁和銅制成。但由于銅密度大，工藝復(fù)雜，價(jià)格較貴。一、傳統(tǒng)散熱片的工作原理一、傳統(tǒng)散熱片的工作原理 1.2 比熱容又稱比熱容量，簡(jiǎn)稱比熱(specific heat)，是單位質(zhì)量物質(zhì)的熱容量，即單位質(zhì)量物體改變單位溫度時(shí)的吸收或釋放的內(nèi)能。比熱容是表示物質(zhì)熱性質(zhì)的物理量。通常用符號(hào)C表示。比熱容與物質(zhì)的狀態(tài)和物質(zhì)的種類有關(guān)。金屬化學(xué)符號(hào)化學(xué)符號(hào)相態(tài)相態(tài)比熱容比熱容（J/Kg.）鋼混固450鐵Fe固45

5、0黃銅Cu,Zn固380銅Cu固385銀Ag固235汞Hg液139鉑Pt固135金Au固129鉛Pb固125石墨/碳C固710鋁鋁AL固固880一、傳統(tǒng)散熱片的工作原理一、傳統(tǒng)散熱片的工作原理傳統(tǒng)鋁擠散熱片：傳統(tǒng)鋁擠散熱片：在考慮材質(zhì)的時(shí)候除了導(dǎo)在考慮材質(zhì)的時(shí)候除了導(dǎo)熱熱系數(shù)外，還須考慮散熱器系數(shù)外，還須考慮散熱器的熱容量，的熱容量，綜合這兩項(xiàng)參數(shù)，鋁的優(yōu)越性就體現(xiàn)出來(lái)。所以，導(dǎo)熱材料一般采用鋁合金。其特點(diǎn)是體積大、質(zhì)量重，比熱容大，熱傳導(dǎo)佳。但鋁擠結(jié)構(gòu)和鋁材料本身特點(diǎn)，決定了其另外兩個(gè)熱傳遞方式-對(duì)流、熱輻射效對(duì)流、熱輻射效果較差，果較差，散熱片本身大量的熱能散不出去。2. 2. 散熱片工作

6、原理散熱片工作原理 結(jié)合鋁本身的特點(diǎn)（縱向熱傳導(dǎo)能力較強(qiáng)，但橫向的熱輻射能力較差），而分析石墨/碳剛好是橫向的熱輻射能力強(qiáng)，期望導(dǎo)入一種鋁材和納米碳結(jié)合起來(lái)的復(fù)合型散熱片。 這是一種散熱型納米涂料與鋁型材經(jīng)UV固化的新型散熱介面材料，它基于石墨的短板，提升縱向的導(dǎo)熱系數(shù)，并充分利用碳原子的熱輻射優(yōu)勢(shì)，讓整個(gè)導(dǎo)熱過(guò)程變得更順暢，效果更好。這種新型散熱片在縱向?qū)嵯禂?shù)達(dá)到260，橫向上達(dá)到400450，并且在表面上增加熱輻射能力。二、納米涂層散熱片工作原理及優(yōu)勢(shì)二、納米涂層散熱片工作原理及優(yōu)勢(shì) 1. 1. 導(dǎo)入構(gòu)想導(dǎo)入構(gòu)想二、納米涂層散熱片工作原理及優(yōu)勢(shì)二、納米涂層散熱片工作原理及優(yōu)勢(shì)納米涂層散熱

7、片：納米涂層散熱片：導(dǎo)熱材料一般采用鋁合金，將m厚度級(jí)別的納米碳材料均勻涂布于鋁合金基材上，領(lǐng)用碳原子間(5300 W/mK)的高導(dǎo)熱效能，進(jìn)行熱傳導(dǎo)，再藉由碳原子高熱輻射效能，將熱能轉(zhuǎn)換為紅外線射頻，傳遞將熱能轉(zhuǎn)換為紅外線射頻，傳遞散熱效能散熱效能。其表比熱容一般，但面積大、質(zhì)量輕，熱傳導(dǎo)、對(duì)流、熱輻射均極佳，整體散熱效果相對(duì)傳統(tǒng)鋁擠散熱片大幅提升。 2. 2. 納米涂層散熱片工作原理納米涂層散熱片工作原理 二、納米涂層散熱片工作原理及優(yōu)二、納米涂層散熱片工作原理及優(yōu)勢(shì)勢(shì) 3. 3. 納米涂層散熱片優(yōu)勢(shì)納米涂層散熱片優(yōu)勢(shì)-外形結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輕薄、易加工外形結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輕薄、易加工散熱片表面的納米涂

8、層，耐高溫、耐腐蝕，附著力強(qiáng)。分別有要求廠家做對(duì)應(yīng)的可靠性測(cè)試，并提供對(duì)應(yīng)報(bào)告。 1. 納米涂層散熱片充分利用了鋁的高熱傳導(dǎo)性和納米碳的高熱輻射性，使散熱效果更佳。 2. 納米涂層散熱片，加工更加環(huán)保，化學(xué)物品循環(huán)利用，從而避免有害的化學(xué)物或氣體的排放。 3. 納米涂層散熱片的外形結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工工藝更簡(jiǎn)單，使用鋁型材更少，預(yù)計(jì)年節(jié)省鋁型材20000000*20克*60%=240噸以上，整體比傳統(tǒng)的鋁型散熱片更加節(jié)能、減排。 4.納米涂層散熱片的鋁材大大減少（平均減少60%以上），使散熱片整體成本下降，平均能降2030%預(yù)計(jì)年節(jié)約15KK*0.10（平均價(jià)差）=150萬(wàn)以上；二、納米涂層散熱片工

9、作原理及優(yōu)二、納米涂層散熱片工作原理及優(yōu) 3. 3. 納米涂層散熱片的優(yōu)勢(shì)納米涂層散熱片的優(yōu)勢(shì)-性價(jià)比高、更加節(jié)能減排性價(jià)比高、更加節(jié)能減排 二、納米涂層散熱片工作原理及優(yōu)二、納米涂層散熱片工作原理及優(yōu)勢(shì)勢(shì) 小結(jié)：兩者優(yōu)劣勢(shì)比較小結(jié)：兩者優(yōu)劣勢(shì)比較傳統(tǒng)鋁擠散熱片傳統(tǒng)鋁擠散熱片納米涂層散熱片納米涂層散熱片外形結(jié)構(gòu)外形結(jié)構(gòu)鋁擠立體，齒形狀，鋁型材使用較多，質(zhì)量較重片狀，兩邊折起，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，鋁型材使用較少，質(zhì)量較輕環(huán)保方面環(huán)保方面有陽(yáng)極氧化（電鍍）工藝，會(huì)產(chǎn)生液體或固態(tài)化學(xué)廢品，不會(huì)排放有毒廢氣。有電泳工藝，其中液體或固態(tài)化學(xué)物品循環(huán)使用，不會(huì)排放任何形態(tài)的有毒物質(zhì)。節(jié)能方面節(jié)能方面耗材多、材料重，

10、材料加工、產(chǎn)品運(yùn)輸能耗相對(duì)更大耗材少、材料輕，材料加工、產(chǎn)品運(yùn)輸能耗更少性價(jià)比性價(jià)比熱對(duì)流、熱輻射能力較差，散熱效果一般，而材料成本相對(duì)較高，整體性價(jià)比低熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流、熱輻射能力均發(fā)揮極致，散熱效果佳，成本相對(duì)較低，整體性價(jià)比更高納米涂層散熱片各廠家情況對(duì)比納米涂層散熱片各廠家情況對(duì)比公司名稱潢填科技潢填科技中科智恒中科智恒艾新科艾新科技術(shù)專利情況實(shí)用型技術(shù)專利證書（納米碳涂料配方和加工工藝）發(fā)明技術(shù)專利證書（納米碳涂料配方和加工工藝）實(shí)用型技術(shù)專利證書（納米碳涂料配方和加工工藝）工廠情況目前工廠在臺(tái)灣，大陸地區(qū)沒(méi)有。工廠，規(guī)模相對(duì)較大（參考公司簡(jiǎn)介）。后續(xù)規(guī)劃在東莞設(shè)成品加工廠。東莞有成品

11、加工廠，涂料也在東莞生產(chǎn)。工廠規(guī)模相對(duì)較?。▽?shí)地考察）東莞有成品加工廠，納米涂料從臺(tái)北空運(yùn)。工廠規(guī)模相對(duì)較大（實(shí)地考察）。關(guān)鍵工藝（涂料上鋁板）噴涂工藝：將納米涂料（液態(tài)）噴在金屬表面，然后高溫烘烤，固化成型。水性電泳工藝：將納米涂料溶在液體里，金屬表面通過(guò)表面壓差吸附，然后高溫烘烤，固化成型。噴涂工藝：將納米涂料（固態(tài)）噴在金屬表面，并用離子吸附，然后高溫烘烤，固化成型。三、各廠家的技術(shù)特點(diǎn)及加工工藝介紹三、各廠家的技術(shù)特點(diǎn)及加工工藝介紹四、納米涂層散熱片種類及應(yīng)用案例四、納米涂層散熱片種類及應(yīng)用案例納納米米涂層銅箔涂層銅箔/ /鋁箔鋁箔系列系列：分：分A A、B B款款1. 1. 納米涂層

12、散熱片種類納米涂層散熱片種類四、納米涂層散熱片種類及應(yīng)用案例四、納米涂層散熱片種類及應(yīng)用案例2. 2. 納米涂層（鋁納米涂層（鋁/ /銅箔）散熱片應(yīng)用案例銅箔）散熱片應(yīng)用案例納米涂層散熱片納米涂層散熱片方案方案A A款款(0.15(0.15mm)mm)A款A(yù)款規(guī)格裸機(jī)測(cè)試納米涂層散熱片納米涂層散熱片環(huán)境溫度25.627.5外殼T1溫度63.750.3外殼T2溫度61.850.9外殼T3溫度57.850.3IC溫度11469.8四、納米涂層散熱片種類及應(yīng)用案例四、納米涂層散熱片種類及應(yīng)用案例納米涂層散熱片納米涂層散熱片A A款款(0.15mm)(0.15mm)、B B款款(0.16mm)(0.1

13、6mm)A款款B款款規(guī)格規(guī)格裸機(jī)裸機(jī)方案一方案一環(huán)境溫度環(huán)境溫度26.826.826.426.4后殼溫度后殼溫度525243.443.4后殼上升溫度后殼上升溫度25.225.21717后殼降溫幅度后殼降溫幅度-8.28.22. 2. 納米涂層（鋁納米涂層（鋁/ /銅箔）散熱片應(yīng)用案例銅箔）散熱片應(yīng)用案例四、納米涂層散熱片種類及應(yīng)用案例四、納米涂層散熱片種類及應(yīng)用案例納納米米涂層鋁材系列：鋁板厚度涂層鋁材系列：鋁板厚度0.50.5、0.80.8、1.01.0、1.21.2、1.51.5、2.0mm2.0mm等等1. 1. 納米涂層散熱片種類納米涂層散熱片種類原機(jī)散熱方案：25*25*4mm鋁擠納

14、米散熱片：25*39*0.35mm納米碳鋁箔四、納米涂層散熱片種類及應(yīng)用案例四、納米涂層散熱片種類及應(yīng)用案例2. 2. 納米涂層（鋁板）散熱片應(yīng)用案例納米涂層（鋁板）散熱片應(yīng)用案例四、納米涂層散熱片種類及應(yīng)用案例四、納米涂層散熱片種類及應(yīng)用案例2. 2. 納米涂層散熱片應(yīng)用案例納米涂層散熱片應(yīng)用案例傳統(tǒng)鋁擠傳統(tǒng)鋁擠6565* *5050* *8mm8mm原鋁擠65*50*8mm納米涂層48*48*2.3mm環(huán)境溫度/19.119.4主控IC溫度76.971.1主控IC溫升57.851.7IC降溫幅度-6.1納米涂層納米涂層4848* *4848* *2.3mm2.3mmD-Link的PLC產(chǎn)品

15、（項(xiàng)目名稱PI699EA.1R199A-3）之前使用普通的鋁擠散熱片，使用更改結(jié)構(gòu)后的新型納米涂層散熱片，最終使主芯片溫度下降12，且原材料大大減少，成本也由5.7元降到1.6元。變更前信息：物料編碼：507000000318物料重量：10 g物料單價(jià)：RMB 5.7芯片溫度：104 變更后信息：物料編碼：507000000424物料重量：4 g物料單價(jià)：RMB 1.6 芯片溫度：102 傳統(tǒng)鋁擠散熱片傳統(tǒng)鋁擠散熱片新型納米涂層散熱片新型納米涂層散熱片四、納米涂層散熱片種類及應(yīng)用案例四、納米涂層散熱片種類及應(yīng)用案例2. 2. 納米涂層散熱片應(yīng)用案例納米涂層散熱片應(yīng)用案例五、納米涂層散熱片標(biāo)準(zhǔn)化

16、和選型五、納米涂層散熱片標(biāo)準(zhǔn)化和選型納米涂層散熱片納米涂層散熱片的的幾個(gè)特點(diǎn)幾個(gè)特點(diǎn)： 1. 散熱片的熱容量與其底材（鋁材）厚度成正比，但與其成本成反比；2. 散熱片的熱輻射與其表面積成正比，但與其成本成反比；3. 散熱片的熱輻射重疊時(shí)，熱輻射效果差；且熱空氣的對(duì)流與重力和外殼的開孔方向等有關(guān)；4. 芯片的瞬間峰值溫度，需靠散熱片的比熱容來(lái)解決。即，鋁板材越厚，散熱片的比熱容越大，對(duì)印制瞬間峰值溫度越有效。五、納米涂層散熱片標(biāo)準(zhǔn)化和選型五、納米涂層散熱片標(biāo)準(zhǔn)化和選型基于以上基于以上幾幾點(diǎn)，后續(xù)對(duì)點(diǎn)，后續(xù)對(duì)納米涂層納米涂層散熱片散熱片的的標(biāo)準(zhǔn)化標(biāo)準(zhǔn)化和選型方向?yàn)楹瓦x型方向?yàn)椋?. 鋁板材的厚度鋁

17、板材的厚度，盡量追求高性價(jià)比。先規(guī)劃0.5mm、1.0mm、1.5mm、2.0mm等厚度，其中優(yōu)先推薦的厚度1.0mm；散熱片要求高時(shí)，可選用1.5或2.0mm；有其它特殊散熱要求的，根據(jù)實(shí)際情況而定。2. 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)成型方面成型方面，盡量追求外形簡(jiǎn)易、加工簡(jiǎn)便。15mm*15mm以下尺寸的，直接采用平面鋁板結(jié)構(gòu)；20mm*20mm以上尺寸的，平面鋁板兩邊90度折起為優(yōu)先；散熱片要求高時(shí)，可兩邊90度折起后再單邊折1/4，不推薦可四邊90度折起；有其它特殊成型要求的，根據(jù)實(shí)際情況而定。3. 固定方式固定方式，盡量采用導(dǎo)熱膏固化方式。如果一定要固定到PCB上，采用彈簧銷釘方式（成本最低、組裝方式最

18、簡(jiǎn)單）。溫馨提示：溫馨提示：新項(xiàng)目選型打樣時(shí)，需求人不可直接聯(lián)系廠家打樣，須先經(jīng)過(guò)器件工程師審核、統(tǒng)一安排，同時(shí)需提供對(duì)應(yīng)芯片的功耗參數(shù)。原因有：1) 器件工程師需審核散熱片的規(guī)格是否符合標(biāo)準(zhǔn)化；2）器件工程師需均衡各廠家打樣次數(shù)和費(fèi)用，進(jìn)行滾動(dòng)打樣。六、其它注意事項(xiàng)六、其它注意事項(xiàng)散熱片與芯片之間的導(dǎo)熱介質(zhì)，其導(dǎo)熱系數(shù)、熱阻等直接會(huì)影響到整體的散熱效果。常見(jiàn)的有導(dǎo)熱膠、導(dǎo)熱硅膠等。導(dǎo)熱膠：導(dǎo)熱膠：膏狀物，厚度薄，熱阻低，可快速固化，能起到固定散熱片作用，不易拆卸；其導(dǎo)熱系數(shù)可以達(dá)到0.8 W/(mK)，使芯片與散熱片接觸更加充分。六、其它注意事項(xiàng)六、其它注意事項(xiàng)導(dǎo)熱導(dǎo)熱硅膠硅膠：軟膠狀，厚度與熱阻成正比