高效散熱技術的案例
英維克申請相變風冷散熱裝置專利，專利技術能實現高效散熱并降低能耗
來源 | 金融界，國家知識產權局
2023年12月16日消息，據國家知識產權局公告，深圳市英維克科技股份有限公司申請一項名為“一種相變風冷散熱裝置“，公開號CN117239280A，申請日期為2023年10月。
專利摘要顯示，本發明公開了一種相變風冷散熱裝置，包括散熱基板、換熱器、回流管和出氣管，所述出氣管連通在所述散熱基板的氣體出氣口和所述換熱器的氣體進口之間，所述回流管連通在所述換熱器的液體出口和所述散熱基板的液體回流口之間；所述散熱基板至少一側邊沿設置有所述氣體出口以及所述液體回流口。在該相變風冷散熱裝置中，通過蒸發進行散熱，散熱效率高，而且可以實現自循環，降低能耗。另外，在散熱基板至少一側邊沿同時設置有氣體出口以及液體回流口，利于回流的液體受熱后盡快排出，可以提高排熱效率。綜上所述，該相變風冷散熱裝置能夠有效地解決散熱裝置散熱效果不好的問題。
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★ 平臺聲明
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展開 關于高功率LED封裝的高效散熱技術
本文分別比較了有散熱器和無散熱器時在星型金屬芯印刷電路板（MCPCB）上使用高功率LED封裝的實驗結果。比較討論之后，就帶散熱器時LED封裝的散熱建模技術案例做了闡述。 CFD建模結果充滿了希望，并說明這種技術可用于LED系統級的評估。本文還討論了在LED封裝中使用散熱介面材料的影響。
預測LED熱性能正成為幫助縮短上市時間所不可或缺的一種能力。然而，隨著熱通量和封裝密度日益增加，LED封裝模塊的散熱正變得越來越具挑戰性，熱分析和LED模塊設計也變得越來越重要。因此，在設計早期CFD仿真已成為一種廣泛使用的電子產品熱分析方法。CFD與流體流動的數值分析，熱傳導和其他相關過程如輻射一同受到關注。
本文介紹了生成帶有散熱器的高功率LED星型封裝所需完成的工序。首先，生成詳細的LED封裝星型襯底模型，然后在LED星型封裝底部生成散熱器。最后，將模擬數據同實驗數據相比較。另外我們所關注的方面是LED封裝上散熱介面材（TIM）產生的影響。目的是顯示不同焊線厚度(BLT)下TIM的特點和陷入TIM內的空隙的百分比。
熱建模技術
使用Flotherm——來自Flomerics公司的CFD工具，模擬LED封裝即星型襯底(MCPCB)。建立詳細模型，以比較與實際測量值的錯誤百分率。圖1所示為LED封裝配置。焊料填補在封裝和襯底間。當封裝達到最大功率1.3瓦時，標準自然和強迫對流空氣冷卻都無法將結溫保持在可接受范圍之內，即125℃及以下。
附加的散熱器作用在于幫助達到溫度要求。為了在LED上安裝散熱器，需將熱粘合帶連接到散熱器背面，并將該散熱器安放在LED襯底底部。
展開 技術分享｜英飛凌高效散熱管理的器件封裝方案
同應對大多數工程挑戰一樣，設計人員把目光投向先進技術，以期利用現代
硅超結（SJ）
技術以及諸如
碳化硅（SiC）
和
氮化鎵（GaN）
等
寬禁帶（WBG）材料
來提供解決方案。但半導體材料只是解決方案的一部分。任何車載充電器設計想要充分發揮其在功率密度和能效方面的潛力，都離不開高效散熱設計。
英飛凌審視了車載充電器設計人員面臨的挑戰，細致深入地考察了
半導體封裝
對于打造解決方案所起的作用。本文還探討了一種頂部散熱的創新方法，該方法可用于一系列高性能元器件，以供設計人員選用。
現代電動汽車車載充電器
設計面臨的挑戰
車載充電器的作用是將來自電網的交流電轉換為直流電，以用于為動力電池充電。車載充電器僅在汽車停放并連接充電電纜時執行這項功能。汽車行駛時則只能一路載著這個重物，
因此，必須最大限度地減小車載充電器的尺寸和重量，以減輕其對續航里程的影響，同時又能實現快速高效充電。
另一個挑戰是車載充電器功率等級增長迅猛。
幾年前，3.6 kW還是最先進的技術，而在不久的將來，功率將提高至三倍左右，也就是說，在占用相同空間的情況下，功率可達到11 kW。
車載充電器設計人員面臨著五大相互關聯的挑戰。其中，提高功率密度尤為重要，因為這意味著可縮小尺寸和降低重量，而這有助于延長電動汽車續航里程。
展開 如何通過金屬3D打印技術實現汽車大燈散熱器的低成本、高效生產？
當人們從制造的角度看待汽車這一面向消費者的機械產品時，如何實現其零部件的高效、低成本生產總是其中備受關注的話題，而這些制造需求，似乎是當前的增材制造工藝所無法滿足的。但事實上，以更具優勢的成本和生產效率量產汽車零部件是具有可行性的，實現這一切皆取決于對增材制造技術的理解，以及對增材制造工藝優化和設計優化的駕馭能力。
從設計優化和工藝優化出發提高產能
英國Betatype開發了適合通過增材制造技術生產的汽車LED大燈散熱器，并通過粉末床選區激光熔融設備實現了批量生產。
針對粉末床金屬熔融工藝再設計的汽車LED大燈散熱器，與大燈配件相兼容，圖片來源：Betatype
Betatype分別對單激光器3D打印設備和多激光器3D打印設備生產這款散熱器的成本和時間進行了測算。
單激光器3D打印設備，例如雷尼紹RenAM 500M ，制造這款散熱器的生產時間為約30小時，一次打印中可制造的3D打印散熱器數量達384個。而通過傳統制造工藝生產原有設計的散熱器生產時間約為444小時。
Betatype 在使用多激光器3D打印設備，例如雷尼紹RenAM 500Q， 制造散熱器時所用的時間進一步減少至19個小時以下。Betatype 對這類高效率生產系統的產能進行了計算，結合優化的設計方案和打印工藝，每個系統生產一年的產能從7055個增加到135,168個，實現19倍的提高，如果安裝7臺設備，每年可以生產接近100萬個3D打印零件。
設備攤銷是增材制造成本的主要驅動因素，使3D打印零件生產更具成本效益的關鍵是減少構建時間，Betatype使用的優化技術是實現這一目標的關鍵。Betatype已證明每件3D打印散熱器的成本從30英鎊降至3英鎊以下。
展開 
讓電子散熱仿真更高效，更簡單：幾分鐘完成機箱散熱前處理
隨著集成技術和微電子封裝技術的發展，電子元器件的總功率密度不斷增長，而電子元器件和電子設備的物理尺寸卻逐漸趨向于小型、微型化，所產生的熱量迅速積累，導致集成器件周圍的熱流密度也在增加，所以，高溫環境必將會影響到電子元器件和設備的性能，這就需要更加高效的熱控制方案。
因此，電子元器件的散熱問題已演變成為當前電子元器件和電子設備制造的一大焦點。
Cradle scSTREAM熱流分析軟件已經為電子行業服務了三十多年。該軟件不斷推陳出新，強大的前處理，高效的求解能力，無以倫比的超強后處理是該軟件的三大特色。針對電子散熱從板級，系統級，環境級，具有完整的解決方案。
展開 高熱密度板卡模塊高效散熱設計研究
摘 要：隨著信息化與電子技術不斷突破創新，電子板卡模塊功耗升高，呈現高熱密度特點，帶來的高溫環境對板卡模塊的穩定性造成了較大的影響，其散熱問題逐漸凸顯。本文利用導熱塊、熱管和散熱冷板構建高效散熱路徑，實現均衡熱量分布并高效散熱的設計目的，采用FLOTHERM軟件建立熱仿真模型，確定板卡模塊在典型功耗和最大功耗工況下的強迫風冷環境的風速要求，可為同類型高熱密度板卡模塊散熱設計提供參考。
關鍵詞：高熱密度;板卡模塊;散熱設計;傳導散熱;熱仿真;
引言
近年來，隨著信息化與電子技術不斷突破創新，電子裝備功能性能持續提升，迎來快速發展期[1]。與之相匹配的電子板卡模塊也呈現出標準化、模塊化和集成化的特點，其中，標準化接口的VPX高密度集成板卡由于其便于快速插拔和優異的互換性[2]，受到越來越多的客戶選擇。伴隨功能性能的不斷提升，也推高了板卡模塊的功耗，帶來的高溫環境對板卡模塊的穩定性造成了較大的影響，板卡模塊的散熱問題越來越突出[3]。
本文以高熱密度標準VPX板卡模塊為例，利用導熱塊、熱管和散熱冷板構建高效散熱路徑，將主要功率器件與導熱塊貼合，再通過熱管將功率器件熱量快速傳導至散熱冷板的冷端，實現均衡熱量分布并高效散熱的設計目的。同時，采用FLOTHERM軟件建立熱仿真模型，通過熱仿真軟件進行熱仿真迭代分析，優化的散熱設計方案，確定板卡模塊在典型功耗和最大功耗工況下的強迫風冷環境的風速要求，對同類型的高熱密度板卡模塊散熱設計具有較強的參考意義。
展開 Simdroid-EC助力控制柜高效散熱設計
</p><p class="ql-align-center"><img src="https://2023.ibe.cn/wp-content/uploads/2025/01/2025011306131162.png" height="476" width="700"></p><p class="ql-align-center">圖2 工業控制柜</p><p>目前，各行業領域普遍采用散熱風扇對控制柜類進行溫度控制，并且制定了詳實的標準以限制柜體表面、元件局部的溫升。風扇散熱屬于強迫對流換熱的一種，其本質是以風扇作為動量源，強化流-固接觸面的對流換熱效應，高效帶走固體表面的熱量，以達到控制溫升、提高元器件熱可靠性的效果。</p><p><strong>伏圖-電子散熱模塊（Simdroid-EC）</strong>能夠為各種非標部署形式的控制柜建立系統級的熱模型，詳細模擬系統表面的溫升、內部器件的溫升、空氣或其他散熱介質的流動情況，并針對各種復雜工況開展熱分析與優化，保障熱設計方案安全達標。</p><p> </p><p class="ql-align-center"><strong>Simdroid-EC功能亮點</strong></p><p>Simdroid-EC是基于伏圖（Simdroid）平臺開發的針對電子元器件、設備等散熱的專用熱仿真模塊，提供傳熱分析、流場分析以及穩態&瞬態分析功能，能夠進行自然冷卻、強迫冷卻及混合冷卻分析，同時具備變化功耗和變化環境的瞬態分析能力，適用于控制柜散熱設計評估。</p><p>本文通過某IP67等級的密閉控制柜熱設計案例來說明Simdroid-EC的功能亮點。</p><p><strong>1.
展開 超薄高效散熱和液膜蒸發領域最新研究進展
02
成果掠影
近日，清華大學材料學院鐘敏霖教授課題組利用激光微納制造方法，制備出具有高光熱蒸發效率的高效薄液膜蒸發表面，并進一步提出復合構型超薄吸液芯結構，實現目前國際最薄之一（0.22mm）的智能手機高效散熱超薄均熱板（VC）的全激光制備。隨著5G智能手機厚度的不斷減少，均熱板厚度和內部空間也不斷壓縮。理論計算表明，當均熱板內空腔厚度降低到0.3mm時，氣液傳輸阻力將顯著增加，超薄均熱板（VC）的傳熱性能極度劣化，因此，制備散熱性能良好的0.3mm均熱板面臨很大的技術挑戰。
鐘敏霖教授團隊提出了蒸發區、輸運區與冷凝區的分區微納結構設計與配合方案，研發出全激光制備超薄均熱板的新方法，用激光技術制備出復合構型超薄吸液芯，實現了毛細蒸發性能與氣液輸運效率的同時最優化，在均熱板整體厚度僅0.22mm的情況下實現了12032 W/(m?K)的高等效熱導率，為0.3mm以下極薄均熱板的內部結構設計與大規模工程制備提供了全新思路。該團隊在國際上首次運用全激光方法制備的0.22mm的極薄均熱板也是目前已知最薄的高效散熱均熱板（VC）之一。
展開 俄羅斯方塊式堆砌工藝調控碳纖維骨架的取向以實現高效散熱
來源 | Nano-Micro Letters
01
背景介紹
為實現我國2030年二氧化碳排放達峰和2060年碳中和的目標，包括電動汽車和混合瀝青基碳纖維具有優異的軸向導熱性能，如何使其軸向方向沿所需傳熱方向取向排布是制備滿足電子設備高效散熱需求的高導熱墊片的關鍵。雖然已有大量研究報道了各種方法來制備纖維取向的導熱復合材料，但是這些方法大多需要特殊的設備或者裁切后處理。本文提出了一種簡單、高效的俄羅斯方塊式堆砌工藝來取向碳纖維，經碳化處理后制備了三種不同取向方向的碳纖維定向骨架。浸漬硅橡膠后，所得制得的復合材料在纖維排列方向上展現出了優異的導熱性能，導熱系數最高達到45.01 Wm-1K-1。此外，基于碳纖維導熱性能的高各向異性，通過多次堆砌將不同取向方向的碳纖維進行組合，制備了魚骨狀的碳纖維骨架，實現了對傳熱路徑的調控。
02
成果掠影
近期，四川大學吳宏教授和郭少云教授團隊利用碳纖維各向異性的抗磁性，以一種簡單、高效的俄羅斯方塊式堆砌工藝和碳化處理制備了三種的碳纖維定向骨架。該團隊通過調控碳纖維含量、磁場方向和初始堆砌密度，骨架的厚度（0.5-1 mm）和取向方向（水平、對角和垂直）均可調控。由于定向排布的碳纖維形成了高效的聲子傳輸通路，浸漬硅橡膠后所制得的復合材料在纖維排列方向上展現出了優異的導熱性能，導熱系數最高達到45W m?1K?1。此外，基于碳纖維導熱性能的高各向異性，通過多次堆砌將不同取向方向的碳纖維進行組合，制備了魚骨狀的碳纖維骨架，實現了對傳熱路徑的調控。這種厚度和方向可調、可浸漬任何基體的碳纖維骨架制備工藝為高導熱墊片的制備提供了新的思路。
展開 Simdroid-EC：液冷仿真新星，助力新能源汽車電機控制器高效散熱
基于上述問題，鑒于液體的比熱容較大，能吸收大量熱量而自身溫度升高較小，因此該行業廣泛采用液冷技術實現IGBT的有效散熱。此外，冷卻液可直接接觸IGBT模塊，使其溫度分布更均勻，避免局部過熱，進而有效延長IGBT模塊的使用壽命。
伏圖-電子散熱模塊（Simdroid-EC）能夠精準模擬IGBT在不同工況下的溫度分布情況，從而有針對性地優化散熱方案，確保IGBT始終處于安全的溫度區間內，保障其可靠運行。
Simdroid-EC功能亮點
Simdroid-EC是基于伏圖平臺（Simdroid）開發的針對電子元器件、設備等散熱的專用熱仿真模塊，內置電子產品專用零部件模型庫，支持用戶通過“搭積木”的方式快速建立電子產品的熱分析模型，并利用成熟穩定的算法計算流動與傳熱問題，對電子產品進行高效的熱可靠性分析；可廣泛應用于通信設備、電力電子、半導體產品與設備、汽車、航空航天等工業領域。
本文通過某電機控制器的案例來說明Simdroid-EC的功能亮點。
1. CAD模型導入
通過Simdroid-EC導入接口，可以直接導入液冷流道和IGBT的.stp模型文件，無需打散，可完整還原導入體原貌。
導入模型
2. 便捷多流體域劃分
Simdroid-EC的多流體域仿真功能非常便捷。只需將智能元件流體標記點放入流體域中，軟件即可自動識別到連通的腔體，并形成流體域，無需繁復地用體積區域搭建流體區域。流體域的材料可通過流體標記點直接設置。
3. 異形網格劃分
為了精確捕捉流道內冷卻液的流動，使用Simdroid-EC特有的八叉樹網格對不規則的導入體進行初步網格劃分，再使用體積區域對內部流道進行加密。
八叉樹網格設置
本案例的冷卻液網格分布如下。將局部區域放大，可以查看流道內和IGBT內的網格分布，以驗證施加的網格策略是否起作用。
展開 高效冷卻硅基微通道散熱器的設計、制造及表征---采用FloEFD進行仿真分析 ￥100
3D集成電路中持續累積的熱耗已經限制了其應用，如何快速有效的進行散熱是該領域亟需解決的問題。本文針對三種不同微流道散熱結構，建立了三維CFD模型來研究其流阻性能和散熱能力。為了驗證數值計算的結果，本文通過深硅刻蝕和陽極鍵合工藝分別加工了直通、蛇形微流道散熱器，另外，通過薄膜工藝加工了氮化鋁基TaN薄膜電阻用以模擬真實器件發熱。設計并加工了熱測試夾具，自行搭建了液冷測試系統來進行不同結構的熱性能測試。測試結果進一步驗證了仿真的合理性，最終采用蛇形散熱結構實現了443W/cm2的熱流密度。
實現高效散熱
因此， InP/金剛石鍵合技術將有助于InP電子器件的有效散熱。
圖6
總的來說，本文提供了一種將InP和金剛石襯底直接鍵合的工藝，以改善InP基電子設備的散熱情況。該工藝通過由氧等離子體處理的InP襯底與在大氣條件下用NH3、H2O2 和H2O的混合物清洗過的金剛石襯底接觸，然后在250 °C下對接觸的樣品進行退火來形成直接鍵合。由于在預鍵合處理后兩個基底表面都是原子級光滑的，因此InP和金剛石基板成功地產生了剪切強度為 9.3 MPa 的直接鍵合。界面分析表明，它們通過厚度約為3 nm的非晶中間層結合，沒有裂紋或納米空隙。由于可以通過簡單的程序實現先進的熱管理，因此這種鍵合技術將有助于未來具有更高集成度和功率密度的InP半導體電子器件。
但作為一個以熱管理為目的的鍵合工藝，筆者認為，InP/金剛石復合材料的熱導率測量與散熱效率類比應該是必不可少的。但文中提供的鍵合方式，相比當前制備氮化鎵/金剛石、硅/金剛石等復合材料的異質外延化學氣相沉積（CVD）、磁控濺射等工藝簡單高效了不少，并降低了生產成本，有助于新型集成半導體電子材料的快速量產。（文：Silas）
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實用！
展開 臺積電、榮億精密針對封裝和均溫板取得高效散熱解決方案專利
來源 | 金融界
1：臺積電取得集成電路封裝專利，該技術能提供包含導熱層的高效散熱解決方案
金融界2023年12月2日消息，據國家知識產權局公告，臺灣積體電路制造股份有限公司取得一項名為“集成電路封裝”，授權公告號CN220121823U，申請日期為2023年5月。
專利摘要顯示，本實用新型提供一種集成電路封裝，包括：封裝襯底；中介層，具有鍵合至封裝襯底的第一側；第一管芯，鍵合至中介層的第二側，所述第二側與所述第一側相對；環，位于封裝襯底上，其中所述環環繞第一管芯及中介層；模制化合物，設置于所述環與第一管芯之間，其中模制化合物與所述環實體接觸；以及多個導熱層，位于模制化合物及第一管芯之上且與模制化合物及第一管芯實體接觸，其中模制化合物設置于所述多個導熱層與所述環之間。
2：榮億精密取得三維均溫板專利，提高散熱效率
浙江榮億精密機械股份有限公司取得一項名為“一種應用擴散焊的三維均溫板“，授權公告號CN220123339U，申請日期為2023年6月。
專利摘要顯示，本實用新型公開了一種應用擴散焊的三維均溫板，該技術通過底板與電路板連接，采用高分子擴散焊工藝將多個散熱板反向交錯焊接在一起形成散熱部，進而焊接于安裝槽底部，形成嵌套的第一流道和第二流道，以及通過定位孔壓合焊接的第三流道，簡化了工藝流程并節約了生產成本。通過向這些流道內通入液冷水，可以有效地將熱量傳導出去，實現了散熱效果好并且散熱效率高的效果。
END
★ 平臺聲明
部分素材源自網絡，版權歸原作者所有。分享目的僅為行業信息傳遞與交流，不代表本公眾號立場和證實其真實性與否。
展開 高效雙向熱傳導可調節的三維雜化連續碳網絡設計 導熱散熱展 | 熱管理展
"第二屆熱管理材料技術博覽會”（iTherMEXPO2024）
將于
2024年11月6-8日
在
深圳國際會展中心7號館
舉辦，將高效呈現熱管理產業鏈的一站式價值對接平臺，以滿足和促進熱管理行業各單位交流、合作和共贏發展。創新型的材料、儀器、設備、設計與仿真、解決方案、應用場景、專利技術等薈聚鏈接和呈現將是博覽會的重要組成部分；熱管理領域科學、材料、技術和工程等相關專題論壇、圓桌/閉門、專家問診、創新創業項目展示、新品發布、需求對接等活動也將精彩同期呈現，特別是科研單位創新性的技術和成果也將獲得從實驗室對接轉移到市場的機會。
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展開 高效電機的技術路線與技術及工藝
高效電機的技術路線與技術及工藝
