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华为单板热设计培训教材

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三、散热器介绍
散热器即为一散热扩展面,热阻表征其散热性能的优劣。
如何提高散热器的散热能力?
1)提高表面积A
提高表面积A而言就是要在相同空间内适当增大散热面积,新工艺 散热器不断降低翅片厚度,提高翅片密度也主要是基于这方面考虑。
热管的作用是传热而不是散热 ,主要有两种用法:一种是把热量 从一处传递到另外一处去散发,如 CPU Cooler;另外一种是用于大散 热器基板的均热,如RPA热管散热 器。这两点在我们的单板上多需要 更大的空间,因此用热管散热器有 其局限性,特别是在器件密度较高 的单板上。

2)提高换热系数h
就提高换热系数而言,可以提高散热器表面流速,被动散 热就是加大系统风速,主动散热就要提高板级风扇的流量;

3)提高发射率
辐射散热能力提升主要通过提高散热器表面发射率来实现,常 用方法是表面做涂漆、喷沙提高粗糙度、阳极氧化等措施。辐射对 散热在自然散热条件下有一定影响,强迫空冷基本没有效果,并且 一般散热器发射率的差异不大,在我们的产品中一般不作重点考虑
问题:
安装散热器都可以强化芯片散热吗?

热管散热器设计与应用技术
技术应用背景:
随着我司产品功能的不断拓展,整机及关键器件的功耗也快速上升。如光网络的xxxx交叉板上的xxxx芯片,功耗达xxxW,在1m/s系统来流条件下散热器热阻需达1.2K/W的水平; 波分拉曼光模块功耗达40W,最大允许壳温仅70℃,对散热器的热阻要求小于0.37K/W。针对上述应 用场景,普通的铝型材、铜焊等类型的散热器已不能满足热阻要求,需要采用性能更加优越的新型散 热器。
技术简介及应用场合:
热管是一种依靠内部工质相变进行高效热量传递的导热元件,通过在散热器基板埋入及穿FIN等手 段实现散热器基板的均温及提高翅片效率等,从而实现散热器整体性能的大幅提升。由于我司产品的 槽位宽度窄,限制了散热器的可用高度空间,决定了大多数的应用是针对大功耗器件的散热器基板均 温形式的应用。

热管散热器设计与应用技术
友商应用分析:
IT友商最早使用该类散热器解决诸如大功耗CPU、笔记本电脑CPU的远端散热等,技术成熟 ,应用可靠性高,成本也随着应用量的增长而快速降低,目前业界已开始广泛采用。
通信友商在其高功耗IC器件、高热流密度模块等应用场合也已采用这类散热解决散热问题。

我司技术研究及应用情况:
针对高性能热管散热器的应用需求进行了精细化研 究,掌握仿真分析及测试技术,并建立了针对热管散热 器的测试平台,对热管散热器的肋片间距优化和热管均 温布局优化进行了深入研究,成果支撑光网SD585、拉 曼光模块等的散热;ATCA服务器80W和95W CPU的散 热中,散热器热阻达到0.35℃/W,并比优化前成本降低 15%。

蒸汽腔散热器设计与应用技术
技术应用背景:
高性能刀片服务器和大功耗光模块等应用场合中,单个器件功耗大、散热器可用高度严重受 限相应的给散热器的设计与应用带来极大的挑战。
Intel、AMD等CPU厂商新近推出的性能优化双核、四核等服务器CPU(如Clovertown和 Harpertown等)功耗都已达到120W甚至更高的水平;我司目前所用的xxxx光模块,其整体 功耗为26W,其中单个器件最高功耗9W,散热器整体可用高度仅8mm。预研中的波分xxxx光模 块总功耗提升至36W,将带来更大的散热挑战

技术原理:
针对上述的高热流密度器件散热及散热器整体高度严重受限的应用场合,进行了专门针对此 类问题的蒸汽腔散热器(Vapor Chamber Heat Sink, VCHS)技术研究,
蒸汽腔散热器本质上是将整块基板做成扁平状的热管,实现基板的良好均温,从而进一步提 升散热器的整体性能。
其工作原理图如下图所示:集中热源对VC基板局部加热,导致该处工质沸腾蒸发,由于流动 阻力极小,工质蒸汽在蒸汽空间内快速完全扩展并在安装翅片一侧的冷端面放热冷凝,冷凝后的 工质液体再经由吸液芯结构输运至热源处再次蒸发,从而完成工质循环和热量传递。我司测试研 究表明,该种新型散热器的基板平面方向的当量导热系数值可达4000W/mK的水平,是纯铜材料 的十倍以上,可以极大改善局部热点问题。

高效散热器技术

散热器多维优化技术,该技术通过开发流阻快速优化工具、矢量耦合翅片优化技术,制定散热器品质因数benchmark ,实现对散热器热阻、流阻、结构尺寸、重量,基板均温性及翅片效率等多参数的快速联合优化,突破以往散热器 仅优化热阻和流阻的局限。 技术成果支撑光网PTN3900 PIU二极管散热器及OSN1900 X11芯片散热器的设计优化,温 度改善达1.8℃和2.6℃,比友商Alcatel 1850对应散热器热阻性能提升30%;数通灵活插卡SD5401 30W芯片使用该 技术优化后温度改善5℃,并支持芯片功耗比友商Cisco的灵活插卡产品提升20%;我司120W CPU散热器,优化后热 阻改善9%,相比友商IBM服务器散热器,热阻性能改善15%。

梯度优化热管均温排布技术,该技术针对双热管及四热管排布提出了nU的最佳排布形态,解决Low Profile应用形式 的热管散热器基板均温布局难题,突破以往热管散热器设计中多凭经验和大量测试对比的局限。技术成果支撑我司 CGA热管散热器、HWSA 80W热管散热器及SDNA 95W热管散热器等的设计、优化,平均热阻改善幅度达11.5%,相比友 商HP Proliant D500系列高端服务器所用热管散热器,权重评价指标提升25%以上。

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