喇叭狀鰭片設計可提高針鰭散熱片散熱效率

　　氣流撞擊圓柱形引腳會(huì )引起湍流，進(jìn)而增強氣流。受較低的氣流阻力以及引腳陣列中的湍流影響，散熱片的較大表面積都能暴露于大量氣流之中。

　　用于制造針鰭散熱片的高導性合金也有助于提高性能。傳統和喇叭狀鰭片的鑄造工藝都使用了 AL1100 和 CDA110 合金，其熱導性較高于其他類(lèi)型散熱片所用的合金。

　　通過(guò)增加了引腳之間的間距，喇叭狀鰭片較傳統翼形引腳而言將降溫性能又提高了一步。要想了解增加間距對散熱片性能所產(chǎn)生的影響，我們必須考慮到散熱片設計本身存在的散熱片面積與引腳密度之間的沖突問(wèn)題。

　　要實(shí)現顯著(zhù)的降溫效果，那么散熱片必須有足夠的表面面積，否則，如果表面積過(guò)小，散熱片就不能散發(fā)掉足夠的熱量。同時(shí)，如果散熱片表面積越大(其包含的引腳就越多)，也就越難讓周?chē)鷼饬鬟M(jìn)入引腳陣列。不幸的是，如果散熱片不能充分暴露于周?chē)鷼饬?，則不管其表面積多大，都不能有效散熱。

　　擴大引腳間距使空氣能更方便地流通。要讓空氣通過(guò)散熱片的速度與空氣進(jìn)入散熱片的速度接近。

　　通過(guò)使引腳排列更加緊密來(lái)增大表面積，可以提高散熱片的降溫性能。但是，這樣做又會(huì )阻礙氣流，從而降低散熱性能。這是供應商在設計垂直引腳散熱片時(shí)必然要面臨的內在矛盾。

　　但是，通過(guò)讓引腳向外彎曲，喇叭狀引腳有效地克服了表面積與引腳密度之間的矛盾。這種方法在給定的面積下大幅增加了引腳之間的間距。因此，周?chē)鷼饬骺筛臃奖愕剡M(jìn)出引腳陣列。散熱片的表面暴露于流速更快的空氣中，散熱量也因之得以大幅增加。這種改進(jìn)在氣流速度較低時(shí)尤其明顯，因為氣流速度越慢，周?chē)諝膺M(jìn)入散熱片引腳陣列就越困難。因此，喇叭狀引腳散熱片在低氣流速度的環(huán)境最為適用。

　　較低的壓降是喇叭狀引腳設計的另一個(gè)優(yōu)勢。擴大引腳之間的間距可使空氣更方便地通過(guò)散熱片，相對于引腳間距較小的散熱片，也讓空氣流出散熱片的速度更接近于空氣進(jìn)入散熱片的速度。壓降影響對包含大量散熱片和其他元件的板尤其重要，壓降較低就能為風(fēng)扇提供更多氣流讓器件降溫。

　　我們通過(guò)兩個(gè)實(shí)驗來(lái)說(shuō)明設計人員采用喇叭狀引腳設計所能實(shí)現的優(yōu)勢。這兩個(gè)實(shí)驗將在占位面積、高度、引腳數量、表面積和金屬材質(zhì)相同的條件下比較喇叭狀和傳統鰭片引腳的散熱性能。我們從結果中可以得出這樣重要的一點(diǎn)信息，即傳統的鰭片引腳本身也很強大，也是目前可用的最高效的散熱技術(shù)之一。

　　實(shí)驗一：冷卻單個(gè)高級 FPGA

　　給定 FPGA 的熱量或功耗耗散與 FPGA 門(mén)的數量成正比。通常，FPGA門(mén)的數量越多，散熱就越多。在第一個(gè)實(shí)驗中，我們選用了封裝面積為 42.5mm2、散熱功率為30W的高級FPGA。首先，我們就該FPGA采用傳統的鰭片引腳散熱片，并收集溫度測量結果了確定散熱片的熱阻。然后我們選用喇叭狀散熱片，重復測量過(guò)程并再次計算熱阻。上述兩種散熱片的占位面積均為 2.05×2.05英寸，高度為0.6英寸并使用了高導性AL1100鋁合金。

　　我們將實(shí)驗運行三次，每次都用不同的氣流速度。第一次，進(jìn)氣流速度為適中的400每分鐘直線(xiàn)英尺(LFM);第二次，氣流速度降為 200LFM(空氣流速較低);而第三次，我們將氣流速度降為100LFM(氣流速度極低)。