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经验沸
大高宽比散热片制造方案
江海东,杨兆军,周明智
(中国电子科技集团公司第三十八研究所,安徽合肥230088)
Review of Manufacturing Methods of Cooling Fin With Big Height-width Ratio
JIANG Haidong, YANG Zhaojun, ZHOU Mingzhi
(China Electronics Techology Group Gorporation No 38 Research Institute, Hefei 230088, China)
摘要:以大高宽比散热片的制造为对象,给出了
常见的风冷系统是将电子设备发热芯片安装在
大高宽比散热片翅片的几种加エ方法,介绍了每一散热片基座上,将芯片工作产生的热量传导至散热
种制造方法的基本原理和优缺点,对散热片的加工片基座,再经翅片和空气进行对流散热。在工程应
制造具有一定的应用价值。
用中,最为常用方法是通过增加翅片数量或增大单
关键词:高宽比;散热片;铲削;熔模铸造
个散热翅片的面积来提高风冷系统散热能力,在制
中图分类号:TN605
造能力允许的范围内,风冷系统需要最大限度地增
文献标识码:A
加散热片高宽比以满足热流密度不断提高的芯片散
文章编号:1001-2257(2014)11-0072-03
热要求。此外,随着热设计技术的发展,虽然各种不
Abstract: Taking the cooling fin with big同冷却(如液冷、热管冷却和热电冷却)技术都可解
height- width radio for the object, this paper de决散热问题,但采用散热片的风冷技术仍是非常经
cribes several manufacturing methods of the cool济可靠的一种散热方式,高效、低成本地制造散热片
ing fin, and provides a reference value for the selec-
具有实用性。
tion manufacturing methods by analyzing each
为解决风冷系统散热问题,提高散热片的换热
method of fundamental, advantages and disadvanta-效率,大高宽比(高宽比大于20,翅片宽度小于2
ges.
mm,间距小于3mm)散热片的应用越来越广泛。
Key words: height- width ratio; cooling fin;大高宽比散热片翅片刚性低、易变形,这对传统的切
backing-off cutting; investment casting
削加工方法带来考验,为了解决大高宽比散热片的
制造问题,下面给出了几种制造方案,也是该类散热
片加工制造的重要参考
电子设备核心的芯片,工作的主频越来越快,消1整体加工法
耗的功率越来越大,发出的热量也越来越多。在
70℃~80℃水平上,温度每增加1C,器件可靠性1.1銑削加エ
下降5%2。研究表明,超过55%的电子设备其失
大高宽比散热片如图1所示,由于翅片的大高
效形式是由温度过高引起的,而且随着温度的不断比限制,常规的铣削加工刀具不能满足翅片的加
增加,其失效率呈指数增长。因此,冷却散热技术
工要求,采用立铣刀加工时需定制加长刀具,使用高
的发展是解决电子设备高可靠发展的一个关键环
速数控机床多次小切削量加工,该方法费效比低。
节。随着电子设备芯片的发热功率的日益加大,散另一种铣削方法是将特制的单刃刀装配在加长刀杆
热需求增加,散热设计难度越来越大。风冷系统由上采用卧铣切削加工,相比立铣的加工方法,卧铣单
于其低成本、高可靠,是目前电子设备普遍使用的
刃刀加工效率高,翅片表面光洁度低,该方法对机床
种冷却散热方式。
的工作行程有要求,工件较长时需要调换方向装夹
拼接加工。单刃刀卧铣加工的散热片如图2所示。
收稿日期:2014-08-15
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大高宽比散热片制造方案
经验交
一段材料不能被加工利用,为了降低工件材料的浪
费,可通过加长散热片翅片的长度来相对提高材料
利用率。铲削加工散热片的翅片表面光洁度低,翅
片铲削后要校形。铲削加工的散热片如图4所示
图1大高宽比散热片翅片
图4铲削加工的散热片
1.3电火花线切割加工
电火花线切割加工方法是将待加工的散热片工
件材料竖起装夹,利用电火花线切割机床切割成型
图2单刃刀卧铣加工的散热片
翅片的一种加工方法,加工出的翅片长度尺寸有限,
1.2铲削加工
般在300mm以内。该方法加工大高宽比散热片
铲削加工散热片翅片是一种近年来出现的散热时效率低、成本高。
从金属上铲削而成口,其加工原理如图3所示、。刀2挤压
具切削运动方向与工件毛坯表面呈一定角度,当刀
目前,市场上多数散热片均是采用挤压工艺制
具向前进行切削运动时铲削加工产生的薄片型切造,挤压成型散热片成本低,周期短。某产品中挤压
屑经刀背折弯形成翅片;刀具后退时,工件被移动推成型的散热片如图5所示。挤压成型的散热片受模
进一个固定步距,进行下一次切削。如此反复不断
具表面精度高的作用,能够做到翅片表面光洁度比
在工件毛坯底座上切出一片片排列整齐的翅片,从较高,而且可以在散热片的翅片表面增加凸起棱,以
而加工出整体散热翅片。
达到有效增加散热面积的需要。但随着高速发展的
电子设备芯片散热量的不断增大,挤压散热片逐渐
刀具行程
不能满足电子设备的散热使用要求,因为挤压成型
的散热片密度受模具强度的限制无法做到更密,导
工作毛坯底座
废料
致散热片与空气的换热面积大小受限。因此,在未
来的主流电子设备散热片使用上,挤压工艺制造的
机床工作台
散热片将逐渐减少。
图3铲削散热翅片加工原理
散热翅片厚度(变形之前)与步进距离△、切削
角度O关系为:
t=△?sinO
从上式和图3可以看出,刀具切入深度越小,翅
片厚度t越小,翅片厚度大小与工件的步进距离△
及切入角度0直接相关。可以只改变刀具切入角度
用时要求工件基体材料塑性好,翅片易成型,目3F令。图。某产品挤压成型散热片
0来实现翅片厚度不变而使翅片间距发生变化。
根据铲削加工翅片的原理可知,翅片材料的选
铝、铜材料均可加工。加工翅片时工件毛坯末端有
采用焊接方法制造散热片的方案,一般应用于
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