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导热石墨膜散热原理及市场分析

新闻来源: 发布日期:2016-01-07 09:17:12发布人:环亚ag丰小张

  导热石墨膜散热原理及市场分析

  一直以来,铜质、铝质等传统散热器被广泛应用于电子器件和产品散热,但是近期一种石墨散热膜会取代传统散热器的说法甚嚣尘上。经过初步调研,发现新型的高导热系数的石墨散热膜并非万能药,暂时不能下定论说它就比铜、铝等传统散热材料好,只是在一定的应用条件下,它具有一定的优势。

  随着电子器件以及产品向高集成度、高运算领域的发展,耗散功率随之倍增,散热日益成为一个亟待解决的难题。

  散热的基本原理 在热力学中,散热就是热量传递,包括热传导、热对流和热辐射等几种方式。如CPU散热片底座与CPU直接接触带走热量的方式就属于热传导;常见的散热风扇带动气体流动即热对流;热辐射指的是依靠射线辐射传递热量。任何类型的散热器基本上都会同时使用以上三种热传递方式,只是侧重点不同罢了。

  环亚ag88娱乐一般散热系统中主要依赖的还是上述的热传导和热对流,其中热传导主要与散热器材料的导热系数和热容有关,热对流则主要与散热器的散热面积有关。

  传统散热器

  传统散热器的材质一般为铝或者铜,散热效果被广为接受,目前无论是芯片封装还是产品系统散热,无外乎都是用这两种材料直接散热或者配合硅胶、风扇及流液形成散热系统。

  石墨散热膜

  石墨散热膜的主要材料是天然石墨,而天然石墨具有耐高温,热膨胀系数小,导热、导电性好及摩擦系数小等优点。石墨散热膜重点强调其热阻比铝低40%,比铜低20%,且能附在任何弯曲的不规则表面。目前主要可以用于LED基板、电子元器件的散热等领域,是未来电子产品散热的发展方向。

  参数比较

  石墨散热膜从前面的描述来看具有有一定优势,但作为散热介质,热阻及吸附性只是其中的一部分,其它散热效果的优劣还要参考其他的条件来综合判断。比如说,石墨散热膜这种散热方案是否能提供一种更好的散热方案应用于环亚ag88娱乐的产品?其散热效果、应用场景与传统散热器相比有何区别?为了给出这些问题的答案,那下面就先对石墨、铜和铝的相关参数做个比较,从参数里面找找优劣。

  下表罗列了这几种材料与散热情况关系比较大的三个参数(导热系数、比热容以及密度)的参考值,见下表。

  材料 导热系数 W/mK 比热容J/kg·K 密度g/cm3

  铝 200 880 2.7

  铜 380 385 8.96

  石墨 水平100~1500 垂直5~20 710 0.7-2.1

  以上理论参数上,环亚ag88娱乐可以这样来考虑: 其中导热系数非常容易理解,通俗理解就是导热的快慢,对于散热器来说,当然越快越好,即数值越大越好,对于保温材料则相反。

  对于散热器来说,比热容高相对要好些,因为对于芯片或设备产生的一定热量,散热器的比热容越大,那么它吸收热量后升高的温度越低,即比热容的数值也是越大越好。从这个参数来看,石墨接近铝,几乎2倍于铜。通俗理解的话相当于储热能力,也还是并没有将热散出去。当热量产生不是非常大的时候,比热容越大越好,因为温度升高的程度越低,但热量持续快速增加时,比热容对散热的影响就不大了。

  再就是,之所以要选择密度,是因为密度这个参数与重量和体积相关,其中由于重量与比热容有关,所以可以联系起来考虑,而体积则与散热面积紧密相关,对于鳍片式散热片,可以认为成正比,对散热效果也是有决定性的影响。

  应用考虑

  热系统存在很多的因素,非常复杂,并不能说哪一种材质具有天生的优势,可以解决所有的散热问题,都会受到条件限制。即使是热源产生很大的热量,但只要有足够的传导系数,有足够的散热面积,足够的对流散热,也不会出现散热问题。

  也就是说,散热要具备相应的条件,而且是一个系统条件,某种材料、某个参数可以决定散热情况是否会变差,但不一定能够决定是否会变好,需要去针对性地改善短板,才能提升整体状况。比如在一个狭小密闭的空间,谈散热器的材质和参数是毫无意义的,而创造了空间对流的条件之后,还需要考虑热阻、散热面积、风速等等因素,看是哪个因素拖了后腿。

  所以,可以对材料的参数进行比较,但无法单纯的从参数对散热条件进行比较。举个例子:拿铜和石墨进行比较。假定有一个散热系统,空间当然是有限的,所以散热材料的体积是有限的,由于铜和石墨的密度比高达5:1,那么铜和石墨的重量比就是大约为1:5,对于一定热量的吸收,比热容的关系铜比石墨就算1:2,很容易看到,铜与石墨升高的温度比为1:2.5,也就是说,对于相同的散热器体积、相同的热量,如果铜的温升为1℃,那石墨散热膜就升高2.5℃,而散热面积是相同的,优劣很明显。固然,这是在一定条件下,如果条件发生变化,那结果也会发生变化,况且环亚ag88娱乐的目标也不尽相同。

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