散熱片的應用方式散熱片 的選用， 最簡單的方式是利用熱阻的概念來設計， 熱阻是電子熱管理技術中很重要的設計參數， 定義為 Ｒ＝ΔT / P 其中 ΔT 為溫度差， P 為晶片供 之熱消耗。 熱阻代表元件熱傳的難易度， 熱阻越大， 元件得散熱效果越差， 如果熱阻越小， 則代表元件越容易散熱。 IC 封裝加裝散熱片 之 後會使得晶片 產生的熱大部分的熱向上經由散熱片 傳遞， 由熱阻所構成之網路來看， 共 包括了由熱由晶片 到封裝外殼之熱阻 Rjc， 熱由封裝表面到散熱片底部經由介面材料到 散熱片 底部之熱阻 Rcs， 以及熱由散熱片 底部傳到大氣中之熱阻 Rsa 三個部分。 Rjc 為封裝本身的特性， 與封裝設計有關， 在封裝完成後此值就固定， 須由封裝設 計廠提供。 Rjc=(Tj-Tc) / P Tj 為晶片 介面溫度， 一般在微電子的應用為 115℃~180℃， 而在特定及軍事的 應用上則為 65~80℃。 Ta 的值在提供外界空氣時為 35~45℃， 而在密閉空間或是接 近其他熱源時則可定為 50~60℃。 Rcs 為介面材料之熱阻， 與介面材料本身特性有關， 而散熱片 設計者則須提供 Rsa 的參數。 Rcs=(Tc-Ts) / P Rsa=(Ts-Ta) / P Rcs 和表面光滑度、介面材料的材料特性以及安裝壓力以及材料厚度有關，由於一般 設計時常會忽略介面材料的特性， 因此需特別注意。 由熱阻網路來看，可以得到熱阻的關 係為 Rja=Rjc+Rcs+Rsa=(Tj-Ta) / P 散熱片 的作用即是如何使用適當的散熱片 使得晶片 的溫度 Tj 保持在設定值以下 下。 然而散熱設計時必須考慮元件的成本， 圖三則為幾種傳統散熱片 及元件的成本和性 能估算，性能佳的散熱片 成本一般較高， 如果散熱量較小的設計， 就可以不必用到高性 能高成本的散熱元件。 散熱設計時必須了解散熱片 的製作成本及性能的搭配， 才能使散 熱片 發揮最大效益。

散熱片的材料

傳統散熱片材料為鋁，鋁的熱傳導性可達209W/m-K，加工特性佳， 成 本低，因此應用非常廣。 而由於散熱片 性能要求越來越高， 因此對於散熱片 材料熱傳導 特性的要求也更為殷切， 各種高傳導性材料的需求也越來越高。 銅的熱傳導率 390W/m-K， 比起鋁的傳導增加 70%， 而缺點是重量三倍於鋁，每磅的價格和鋁相同， 而更難加工。 由於受限於高溫的成型限制， 無法和鋁同樣擠型成形， 而銅的機械加工花 更多時間， 使加工機具更易損毀。 然而當應用的場合受限於傳導特性為重點時， 銅通常 可作為替代之用， 此外利用銅做為散熱片 的底部可提升熱傳擴散的效率， 降低熱阻值。

一些增進散熱的材料如高導熱的 polymer、碳為基材的化合物， 金屬粉沫燒結， 化 合的鑽石以及石墨等都是目 前受矚目 的熱傳導材料。 然而最需要的性質是什麽？ 控制的 傳導性、 高加工性、 低重量、 低熱膨脹係數、 低毒性以及更重要的是成本必須低於鋁。 許多新材料的物理特性高於鋁， 但價格也多了許多倍。 AlSiC 是目 前最新的材料， 混合各種鋁合金以製成特殊的物理性質， 控制的熱膨脹、 高傳導性以及顯著的強度使得 AlSiC 更有吸引力， 由於成本的關係， 這種材料一般用在 底部及作為功率模組底部和晶片 直接接觸的基板。

散熱片的設計考慮

1. 包絡體積 以散熱片 的設計而言， 這裡介紹一個簡易的方法， 也就是包絡體積的觀念， 所謂包 絡體積是指散熱片 所占的體積， 如果發熱功率大，所需的散熱片 體積就比較大。 散熱片 的設計可就包絡體積做初步的設計， 然後再就散熱片 的細部如葉片 及底部尺寸做詳細設 計。 發熱瓦數和包絡體基的關係如下式所示。 LogV=1.4xlogW-0.8(Min 1.5cm 3 ) 2. 散熱片 底部厚度 要使得散熱片 效率增加， 散熱片 底部厚度有很大的影響， 散熱片 底部必須夠厚才 能使足夠的熱能順利的傳到所有的葉片， 使得所有葉片 有最好的利用效率。 然而太厚的 底部除了浪費材料， 也會造成熱的累積反而使熱傳能力降低。 良好的底部厚度設計必須由 熱源部分厚而向邊緣部份變薄， 如此可使散熱片 由熱源部份吸收足夠的熱向周圍較薄的部 份迅速傳遞。 散熱瓦數和底部厚度的關係如下式所示： t=7xlogW-6 (min 2mm) 3. 葉片 形狀 散熱片 內部的熱藉由對流及輻射散熱， 而對流部分所占的比例非常高， 對流的產生 （1）葉片 間格 在散熱片 壁面會因為表面的溫度變化而產生自 然對流， 造成壁面 的空氣層（邊界層） 流， 空氣層的厚度約 2mm，葉片 間格需在 4mm 以上才能確保自 然對流順利。但是卻會造成葉片 數目 減少而減少散熱片 面積。 葉片 間格變狹窄-自 然對 流發生減低， 降低散熱效率。葉片 間格變大-葉片 變少， 表面積減少。 （2）葉片 角度葉片 角度約三度。 （3） 葉片 厚度 當葉片 的形狀固定， 厚度及高度的平衡變得很重要， 特別是葉片 厚 度薄高的情況， 會造成前端傳熱的困難， 使得散熱片 即使體積增加也無法增加效率。 散 熱片 變短時，增加表面積會增加散熱效率，但也會使散熱片 的體積減少而造成的缺點 （熱 容量減少） 因而產生。 因此葉片 長度需保持一定才能產生效果。 葉片 變薄-葉片 傳熱到頂端能力變弱 葉片 變厚-葉片 數目 減少（表面積減少） 葉片 增高-葉片 傳到頂端能力變弱（體積效率變弱） 葉片 變短-表面積減少 4. 散熱片 表面處理：

散熱片 表面做耐酸鋁（Alumite） 或陽極處理可以增加輻射性能而增加散熱片 的散 熱效能， 一般而言， 和顏色是白色或黑色關係不大。 表面突起的處理可增加散熱面積， 但 是在自 然對流的場合， 反而可能造成空氣層的阻礙， 降低效率。