机箱散热器有哪些类型？该如何选择

本文详细介绍了最流行的无源散热器类型、集成、定制，以及如何为您的应用选择正确的制造和翅片类型。

散热器基础知识

散热器是冷却电子设备中最基本的组件之一。对于任何无法通过自身传导冷却进行适当冷却并且需要比散热器更有效的冷却的热源，都需要散热器将热量从源中移走，并通过更优化的传导或对流消散。

散热器主要由底座和鳍片构成。底座通常是与热源接触并将热量从热点扩散到翅片的平面。鳍片可以切割或构造成任意数量的几何形状，这些几何形状通常垂直于底座以分散热量。目标是优化散热器的表面积，以便传递和消散最多的热量。

除了极少数例外，散热器由导热金属制成，最常见的是铝。铝的导热系数为每米 235 瓦/开尔文，重量轻且价格低廉，非常适合更轻、更具成本效益的散热器。铜也是一个受欢迎的选择。尽管铜更昂贵、更重，但由于其 400 W/mK 的高导热性，它对于高性能应用来说可能是必需的。

最后，工程师通常将散热器分为“自然”对流或“强制”对流。自然对流（无源）散热器可最大限度地增加表面积并在不添加有源组件的情况下传导热量。强制对流（主动）散热器旨在利用风扇和鼓风机等组件迫使较冷的空气穿过翅片，从而产生湍流并提高散热器的冷却性能。

1：冲压板级

板级散热器可以冲压或挤压成型。冲压散热器由经过渐进式冲压工艺的钣金制成，其中每个金属冲压件通过冲压模具时都会添加细节和功能。冲压散热器几何形状专为特定的电子封装类型而设计，以确保在 PCB 上的优化配合和功能。这些散热器可以是被动的，也可以是主动的，基于添加风扇，风扇通常用于增加整个电路板或系统的气流。

优点

• 低功耗应用的理想选择 （0-5W）

• 快速简便组装的选项

• 低成本

• 可扩展的大容量

• 所有包装类型的目录选项

缺点

• 不适用于 5W 以上的应用

• 尺寸限制，不大于50mm

• 只能在一台设备上使用 - 不能用于冷却多个热源

2：挤压铝

挤压铝是最受欢迎和最具成本效益的制造方式之一。挤压散热器的尺寸因应用而异，对于板级应用较小，对于中等功率应用则更大。它们可以根据翅片形状和间距设计用于被动或主动冷却。板级挤压散热器在 BGA 和 FPGA 等封装中很常见。

选择合适的挤压散热器很大程度上取决于所需的外形。挤压散热器是通过创建一个型材模具制成的，该模具决定了翅片密度、间距和长度，以及底座高度和宽度。软化铝被推入模具以形成一个长棒，称为原始棒，具有与模具相同的轮廓和尺寸。然后将棒材切割成更小的标准形状的棒材/矩形或自定义长度。这些经过进一步加工和精加工，以创建定制的散热器。此过程快速、经济高效且可扩展;这就是为什么许多人在寻找解决方案时首先考虑挤压散热器的原因。

优点

• 中低功率应用的理想选择

• 快速且具有成本效益

• 可扩展的大容量

• 简单的定制

• 一体式结构，热阻有限

缺点

• 不适用于高功率应用

• 尺寸限制，尺寸不能大于大约 23 英寸宽、47 英寸长

• 较大尺寸的精加工限制

3：车削翅片散热器

车削是一种由单块金属制成的制造材料的加工方法，其中层从底座顶部部分切成薄片。这些层被折叠起来以垂直于底座，并且定期重复该过程以创建鳍片。一体式结构降低了热阻，因为翅片和底座之间没有接缝或材料。该工艺还可实现高翅片密度和薄翅片几何形状，从而实现更大的散热器表面积和更高的传热。

与挤压散热器不同，车削翅片散热器不依赖于工具和多个步骤；取而代之的是，它们使用一种切削工具，从而降低工具成本、提高设计灵活性和加快原型制作速度。

优点

• 更高效的冷却和更好的性能

• 薄翅片和高翅片密度能力

• 降低模具成本

• 经济的铜制造

缺点

• 不适用于高功率应用

• 尺寸限制

• 薄鳍可能更脆弱

• 不利于大批量

4：粘结翅片和钎焊翅片散热器

粘结翅片散热器是一种两件式组件，由挤压或机加工的底座组成，底座带有凹槽或槽和翅片，这些凹槽或鳍片与导热粘合剂（通常为环氧树脂或焊接）连接。为了提高结构完整性和热性能，有时会对这些结构进行钎焊以加强热粘合和机械粘合。

翅片通常由卷材冲压或从薄板材切割而成，而底座通常被挤压、压铸或机加工。底座还可能包括额外的热集成，例如嵌入式热管或均热板，以实现更高的性能。通过支持更多更长的翅片和额外的定制，粘结散热器以更小的占地面积提供更高的性能和更大的表面积。

优点

• 占用空间更小，适用于空间有限的应用

• 高热性能

• 适用于强制对流，对气流长度没有限制

• 紧密翅片间距

• 高鳍片纵横比

• 易于集成，设计灵活性高

• 降低模具成本

缺点

• 不适用于高振动或冲击的应用

• 当要求热阻低于0.01°C/W时不能使用

5：拉链翅片散热器

拉链鳍片堆叠由一系列单独的冲压钣金鳍片制成，这些鳍片使用互锁功能折叠和拉链在一起。翅片长度和间隙因冲压模具而异。翅片可以关闭以形成翅片管道，也可以根据应用要求保持打开状态以实现多向气流。翅片堆栈通常焊接、钎焊或环氧树脂到散热器底座或热管上，以实现完整的热组件。顶部和底部鳍片的连接提高了机械稳定性，使散热器更耐用。拉链翅片堆叠具有高度的设计灵活性，可用于高度集成的解决方案，采用从嵌入式和运输热管和均热板到风扇和大型系统的一系列技术。

优点

• 高热性能

• 强制对流的理想选择

• 易于集成，设计灵活性高

• 降低模具成本

• 重量更轻

• 可用于提高热管效率

• 提高机械完整性

缺点

• 低热阻要求的一些限制

6：折叠鳍

折叠鳍片是通过将金属板通过折叠过程来构造的，以创建具有更大表面积的各种几何形状。尽管这些翅片可用于一系列技术，包括液体冷板;它们通常被粘合或钎焊到底座上以形成散热器。

优点

• 增加表面积和翅片效率

• 高热通量密度

• 更多材料选择

• 重量轻

缺点

• 当空气直接通过管道输送到散热器时最好

• 可能产生更高的成本

7：压铸散热器

压铸散热器是一体式结构。它们主要针对重量敏感、需要卓越表面质量或具有高度复杂几何形状的应用进行大批量生产。这些解决方案是通过将导热合金倒入近净形状的定制模具中，然后进行轻微加工和精加工以获得最终产品。

优点

• 大批量、高性能应用的理想选择

• 适用于复杂的几何形状

• 低热阻或无热阻

缺点

• 初始一次性模具成本高

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