導熱與散熱的不同
 
作者: ziitek 來源: www.ziitek.com.tw 日期: 2018-12-14 點擊數: 分享到:
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 IT產業多年來印證著摩爾定律的存在,也就是說每18個月,每1美元所能買的電腦性能,將提升2倍以上。我們在使用著世代更新的電腦產品時,也不能不省思電腦效能的提升,卻也意味著熱能與耗電量在不斷的增加著。筆記型與桌上型電腦散熱問題更為嚴重,至今仍常成為系統瓶頸。在追求資訊產品性能提升與重視地球暖化節能省碳之間,能夠取的平衡點?方法就是就是運用新材料與新技術,在導熱與散熱這兩大瓶頸中努力有所突破。

 導熱和散熱就像交通問題,例如在歐洲德國是相對人口較多的國家,原因是它的高速公路沒有速限,因此非市區也聚居許多居民;然而若高速公路沒有速限,但交流道設計不良,就又會成為交通瓶頸。因此,交通要順暢,兩者必須兼顧,如此可以提供更好的通勤環境。導熱和散熱交互問題亦然。

  導熱和散熱是兩個不同的概念,以電路板來說,基板角色應該扮演導熱而非散熱,將熱從傳到空氣中才叫散熱。但是現在的8層或10層電路板是銅箔與玻纖結合再打孔,雖然銅箔的導熱係數極高,可是熱的傳導卻被玻纖樹脂給阻絕了。即使是有主機板廠商在PCB的電源層及接地層採用好幾盎司的純銅電路板,以求降低系統運作溫度。但導熱係數高但是厚銅箔片也會增加熱阻值,而且每層基板間有沒有用對熱傳導的介質,否則導熱係數再高,高溫傳導不出去,系統溫度還是降不下來。所以說散熱問題比起導熱來說,更為嚴重,往往成為瓶頸所在。

 傳統熱管理使用的方式為風扇和散熱器(heat sink),這在長遠來看是一定要改善的,風扇轉動無法節能,而且有灰塵堆積,影響散熱器耐用性,使用的散熱鰭片上還有陽極處理避免表層氧化,這層陽極處理卻也把熱封住在鰭片內,所以效果有限。大家認為系統散熱問題必須有更好的方式解決。或是在尋找其他解決方式,藉由氣流方式、增加表面面積、還是減少質量(厚度),以減少熱的儲存?以導熱率k和熱阻Rt來看,Rt=l/k,一般強調k值要高,認為導熱率才好,但沒有考慮到厚度;厚度低熱阻才會小,而熱阻小才完整地表達散熱效果。 以傳統MCPCB來看,銅箔層厚度35μm,黏合層100μm,鋁基板1,500μm,總厚度超過1,600μm,k以典型或最佳值來估計,分別為400、1(最佳)和200W/m-K,計算熱阻分別為0.1、100和7.5μm2-K/W,合計熱阻換算為公分為1.08cm2-K/W,這才能看出MCPCB散熱效果的全貌。以商品化的幾種MCPCB來看,熱阻一般在2~4μm2-K/W。不過,上述是以3層熱阻分別計算來合計,未來,介面熱阻升高則為產品可能產生的問題,也是之後需要一步一步去探討解決方法。



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