喇叭狀鰭片設(shè)計可提高針鰭散熱片散熱效率

　　氣流撞擊圓柱形引腳會引起湍流，進而增強氣流。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(dǎo)性合金也有助于提高性能。傳統(tǒng)和喇叭狀鰭片的鑄造工藝都使用了 AL1100 和 CDA110 合金，其熱導(dǎo)性較高于其他類型散熱片所用的合金。

　　通過增加了引腳之間的間距，喇叭狀鰭片較傳統(tǒng)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(shè)計本身存在的散熱片面積與引腳密度之間的沖突問題。

　　要實現(xiàn)顯著的降溫效果，那么散熱片必須有足夠的表面面積，否則，如果表面積過小，散熱片就不能散發(fā)掉足夠的熱量。同時，如果散熱片表面積越大(其包含的引腳就越多)，也就越難讓周圍氣流進入引腳陣列。不幸的是，如果散熱片不能充分暴露于周圍氣流，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。要讓空氣通過散熱片的速度與空氣進入散熱片的速度接近。

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

　　但是，通過讓引腳向外彎曲，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，周圍氣流可更加方便地進出引腳陣列。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。這種改進在氣流速度較低時尤其明顯，因為氣流速度越慢，周圍空氣進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(shè)計的另一個優(yōu)勢。擴大引腳之間的間距可使空氣更方便地通過散熱片，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。

　　我們通過兩個實驗來說明設(shè)計人員采用喇叭狀引腳設(shè)計所能實現(xiàn)的優(yōu)勢。這兩個實驗將在占位面積、高度、引腳數(shù)量、表面積和金屬材質(zhì)相同的條件下比較喇叭狀和傳統(tǒng)鰭片引腳的散熱性能。我們從結(jié)果中可以得出這樣重要的一點信息，即傳統(tǒng)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。

　　實驗一：冷卻單個高級 FPGA

　　給定 FPGA 的熱量或功耗耗散與 FPGA 門的數(shù)量成正比。通常，F(xiàn)PGA門的數(shù)量越多，散熱就越多。在第一個實驗中，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(tǒng)的鰭片引腳散熱片，并收集溫度測量結(jié)果了確定散熱片的熱阻。然后我們選用喇叭狀散熱片，重復(fù)測量過程并再次計算熱阻。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(dǎo)性AL1100鋁合金。

　　我們將實驗運行三次，每次都用不同的氣流速度。第一次，進氣流速度為適中的400每分鐘直線英尺(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)。